ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ. ХАРАКТЕРНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ
Реактивный двигатель летательного аппарата представляет собой сложную машину и от его надежной работы во многом зависит успех полета, выполнение задания и даже жизнь экипажа и пассажиров.
Работоспособность силовой установки с его агрегатами в целом должна проверяться так, чтобы все неисправности, в том числе и скрытые, не остались невыявленными при осмотре и опробовании двигателя на земле. Если экипаж хорошо изучил двигатель, то внезапно появившиеся в воздухе отказы он сможет распознать без особых затруднений. Зная характер отказа, можно принять правильное решение и предпринять действия, исключающие тяжелые последствия. Прежде всего надо знать место отказа, т. е. что отказало, и затем установить по приборам или другим признакам — почему отказало.
Ниже приводится несколько способов контроля работоспособности двигателя:
— по показаниям приборов (тахометру, термометру, манометру и др.); это так называемый инструментальный контроль;
— по звуку (хлопкам, бубнению, скрипу, скрежету и др.);
— по цвету выхлопных газов;
— по вибрациям, дрожанию, «зуду» и др. (по колебаниям);
— по выбегу двигателя;
— по запаху газов.
Большинство неисправностей и отказов можно определить по их внешним признакам (по звуку, цвету и запаху газов, вибрациям и выбегу) или инструментальным контролем (по показаниям приборов). Например, о возникновении помпажа в реактивном двигателе можно судить по резкому изменению шума, т. е. по периодическому появлению хлопков, толчков и ударов, свидетельствующих о том, что происходит характерный для помпажа выброс воздуха в воздухозаборник. При пом-
паже растет температура обороты и тага двигателя. Падение тяги двигателя нетрудно заметить по поведению самолета. Могут возникнуть колебания по курсу, крену и тангажу. При длительном помпаже обгорают лопатки турбины, нарушается балансировка ротора, разрушается газовоздушный тракт двигателя. Все это сопровождается выбрасыванием из реактивной трубы черного дыма с длинными языками пламени и пучков искр, особенно хорошо видимых ночью. Вследствие этого на створках форсажной трубы и в самом канале образуется капельный блестящий металлический налет, называемый шоопированием.
Следовательно, помпаж можно определить по приборам контроля работы двигателей, по звуку и по окраске выхлопных газов.
Контроль работы двигателя по показаниям приборов — наиболее достоверный и точный способ, позволяющий оценить исправность большинства технических устройств и деталей двигателя. Так, по указателю оборотов (тахометру) можно судить о тяге двигателя, его выключении, скорости самолета, разрушении подшипника ротора, нормальном тепловом обмене, происходящем в двигателе, и о многих других явлениях. Для удобства отсчета показаний в последнее время стали применять тахометры с процентной шкалой, где 100% соответствует максимальному, 96% номинальному и 90% крейсерскому (эксплуатационному) режимам двигателя.
Тепловые режимы оценивают по указателям температуры (электротермометрам). Термоэлектрические термометры, где датчиками служат термопары, измеряют температуру газов за турбиной. Электротермометры сопротивления измеряют температуру выходящего из двигателя масла. По температуре газов за турбиной судят о процессе сгорания топлива и о состоянии деталей газовоздушного тракта. Нормальная температура газов указывает, что тепловой режим соответствует расчетному. Признаком помпажа, самовыключения двигателя, обрыва лопаток турбины или компрессора, неисправности форсунки и разрушения подшипника ротора является изменение температуры газов.
Повышение температуры масла сигнализирует о недостатке его в системе или о начале разрушения трущихся пар двигателя. Резкое ее возрастание указывает на разрушение подшипника ротора или на прогар газового тракта и попадание горячих газов в масло и на смазываемые детали.
Электромеханические манометры показывают давление масла в двигателе. При отсутствии давления масла загорается ярко-красная лампочка, которая извещает: «Внимание, опасность! Нет давления масла!». Обычно эти лампочки помещаются на табло (таблица огней), расположенном на приборной доске.
О нормальной работе агрегатов двигателя, а следовательно, и самого двигателя судят по загоранию различного цвета лампочек. Так, загорание на приборной доске отдельно стоящих лампочек в виде освещенных трех лепестков (чаще зеленого цвета) сигнализирует об открытии ленты перепуска воздуха в атмосферу или какого-либо другого устройства, исключающего помпаж двигателя, т. е. о нормальной работе противопомпажного устройства.
Приборами, установленными в кабине летчика, также контролируется давление топлива на входе в двигатель (низкое давление) и давление топлива после топливного насоса (высокое давление). На современных самолетах величины давлений топлива в основном контуре низкого давления колеблются в пределах 0,7—1,2 кГ/см2, а в контуре высокого давления в пределах 25—60 кПсм2. Причем для двигателей разных конструкций характерна своя величина низкого и высокого давления. Если давление топлива нормальное, то это означает, что топливная система исправна.
Способ определения работоспособности авиадвигателя по звуку, т. е. по изменению тона, шума, применяется на работающем двигателе при опробовании на земле или в полете. В турбовинтовом реактивном двигателе источником шума могут быть: винт, газовая турбина, компрессор и струя выхлопных газов, частота колебаний последней находится в диапазоне 75—13 000 гц.
Так, при выбеге двигателя перед остановкой трансмиссии (РУД стоит в положении «Стоп») в нем прослушивается посторонний металлический стук. Причиной такого стука может быть повышенный люфт в опорных подшипниках трансмиссии или начало разрушения подшипников ротора. По звуку определяется целый ряд внутренних неисправностей двигателя или его агрегатов.
Очень часто опытный инженер или техник, прослушав работу двигателя «на звук», без ошибки указывает на неисправные агрегаты или детали. О вытяжке лопаток турбины или компрессора часто судят по скрипу, скрежету в момент касания их о корпус картера при проворачивании ротора.
Стук, скрежет, скрип и другие звуки хорошо прослушиваются, если один конец металлического стержня длиной 0,5—1,0 ц приложить к «больному» месту двигателя, а другой — к передней части уха у козелка или использовать для этих целей медицинский аппарат прослушивания, называемый фонендоскопом или стетоскопом.
Обычно в полете летчик «не замечает» привычного шума работающего двигателя, но, как только характер шума изменяется, летчик тут же настораживается и сразу переводит взгляд на приборы контроля работы двигателя.
То же самое происходит в полете и с ведомым летчиком. Он не замечает на самолете ведущего окраску истекающих из реактивной трубы отработанных газов. Явление обычное — летчик к этому присмотрелся. Но стоит цвету газов измениться, как это сразу заметит ведомый летчик, а также и наблюдатели с земли. Зная причины различных окрасок отработанных газов, можно подсказать летчику, какая неисправность появилась на его самолете, и он примет меры. Так, например, иногда можно наблюдать, как из реактивной трубы самолета вылетает густой черный дым с длинными языками оранжевого пламени. Зная, что такой кратковременный выброс черного дыма на некоторых реактивных двигателях наблюдается при выключении форсажа, можно безошибочно сказать, что происходит периодическое включение форсажа из-за ненормальной работы электрической или форсажной системы.
На рис. 2.5 приведены наиболее характерные внешние признаки для определения работоспособности двигателя по цвету выхлопных газов, вытекающих из реактивного сопла.
В практике встречаются и такие неисправности, которые удается определить только по вибрациям. Так, например, был случай, когда в полете летчик ощущал вибрации, похожие на «зуд» на оборотах, близких к максимальным, при этом давление масла понизилось примерно в два раза. Летчик прекратил полет и благополучно произвел посадку. При исследовании двигателя выяснилось, что на нем началось разрушение подшипников ротора вследствие масляного голодания. Так, по вибрации был определен очень опасный отказ.
Или другой пример. На земле при опробовании нового двигателя было обнаружено мелкое дрожание. В результате исследования установлено, что причиной вибраций были вмятины на обоймах подшипников трансмиссии, образовавшиеся вследствие ударных нагрузок от шариков при транспортировке двигателя по железной дороге. В пути из-за недостаточной амортизации двигатель трясся и шарики подшипника на беговой дорожке наклепали лунки, по которым они затем в работающем состоянии двигателя катились подобно телеге по булыжной мостовой. Оказывается, двигатель не выносит жесткой «подстилки», о чем забыли упаковщики.
При обрыве лопатки турбины нарушается балансировка ротора, что также вызывает сильные вибрации.
Очень важным способом контроля работоспособности двигателя является проверка его выбега (самовращения двигателя после выключения), по времени которого можно определить неисправности подшипников ротора, лопаток турбины и компрессора. По выбегу судят о масляном голодании, о попадании в двигатель посторонних предметов, о вытяжке лопаток турбины, если двигатель работал на повышенных тепловых режимах.
Выбег можно образно сравнить с накатом автомобиля. Чем лучше накат, тем быстрее автомобиль набирает скорость и дальше катится по инерции при отключенном двигателе. Так и хороший выбег авиационного двигателя облегчает запуск и переход на другие режимы, при этом меньше затрачивается энергии на раскрутку ротора турбины и компрессора.
Очевидно, на новых двигателях в период приработки трущихся пар с предельно допустимыми зазорами время выбега будет наименьшим. С увеличением наработки оно возрастает. Нужно учитывать, что каждый двигатель имеет свое время выбега, которое должен знать и периодически проверять техник самолета.
У поршневых двигателей время выбега отсчитывается с оборотов малого газа до полной остановки. Однако внутренние неисправности поршневого двигателя проверяют по внешним признакам. Это обусловлено тем, что время выбега у поршневых двигателей составляет всего лишь несколько секунд и зависит оно от компрессии в цилиндрах. Например, для самолета Ил-14 с двигателями АШ-82 оно составляет 15—20 сек.
На вертолетах о выбеге судят по несущему винту. Если несущий винт после выключения трансмиссии в безветренную погоду еще долго вращается, то считают, что детали трансмиссии исправны и хорошо приработаны.
При проверке времени выбега одновременно прослушивают работу двигателя для выяснения, нет ли ненормальных шумов.
Как же проверить время выбега? После заруливания самолета на стоянку турбореактивный двигатель охлаждают на выгодных в тепловом отношении оборотах. Затем его обороты доводят до 30% и выключают. Момент выключения двигателя — начало отсчета времени самовращения до полной остановки ротора. Для отсчета времени лучше пользоваться секундомером. У исправного двигателя оно составляет от 40 до 180 сек.
На турбовинтовых двигателях типа АИ-20 время выбега проверяют, отсчитывая по секундомеру время, начиная с 1000 об/мин до полного останова. Оно должно быть не менее 60 сек (практически у большинства ТВД оно лежит в пределах 80—180 сек).
Для начала отсчета выбирают режим работы двигателя, исходя из условий его нормального охлаждения и удобства отсчета оборотов по тахометру. Для большинства реактивных двигателей за начало отсчета времени выбега берут обороты малого газа, а для турбовинтовых— режим 8% оборотов. При таких оборотах устойчивее показания тахометра (минимальные ошибки) и самовращение ротора с винтом составляет несколько десятков секунд.
В последнее время опробование двигателей и проверку их выбега проводят летные экипажи в присутствии технического состава в ходе предполетной (послеполетной) подготовки. В данном случае экономится топливо и ресурс, а также осуществляется полный контроль работоспособности двигателей. Кроме того, летчик лично убеждается в их надежности, а технический состав — в хорошем качестве своего труда.
И, наконец, еще один способ контроля работоспособности двигателя — контроль по запаху. В практике встречаются такие неисправности, которые человек может определить только благодаря органам обоняния. Так, например, если в загерметизированной кабине появляются пары масла (масляный туман) и запах дыма, летчик делает вывод, что в компрессор попало масло либо по лабиринту, либо через разрушенную прокладку. При неисправности откачивающего масляного насоса и в начальный момент разрушения подшипника ротора реактивного двигателя также ощущается запах горелого масла. На малых оборотах двигателя, когда ленты перепуска воздуха из компрессора в атмосферу открыты (рекомендуется после опробования двигателя), техник самолета по запаху керосина в воздухе, выходящему из окна на фюзеляже, может определить, не подтекает ли топливо. Если ощущается запах, то самолет отстраняют от полетов.
В табл. 2.4 и 2.5 приведены характерные признаки неисправностей турбовинтового и турбореактивного двигателей.
Инженерно-техническому составу рекомендуется все отказы и неисправности, выявляемые на двигателях, сводить в подобной) рода таблицы. Это даст возможность быстрее сделать выводы о ненадежных узлах и деталях двигателей, ошибках эксплуатации и принять правильные решения.
Техническая эксплуатация авиационной техники. М., Военное издательство, 1967.
