С ростом полетов значительно увеличиваются требования к надежности газотурбинных двигателей. Для обеспечения их долговечности и бесперебойной работы необходимо проводить строгие испытания внутренних систем, отвечающих за подачу топлива, регулирование давления и другие жизненно важные функции механизма. Все это требует больших временных затрат (от 500-600 до нескольких тысяч часов) из-за высокой сложности и стоимости оборудования. Обычно в ходе испытаний оператор вручную настраивает и контролирует различные параметры, но это может быть сопряжено с рисками ошибки и все еще требует немало времени. Ученые Пермского Политеха создали специальную отечественную программу, которая автоматизирует процесс и делает его не менее чем в 1,5 раза быстрее.
Статья опубликована в сборнике материалов конференции «Автоматизированные системы управления и информационные технологии». Разработка выполнена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Газотурбинный двигатель (ГДТ) — сложное техническое устройство, которое преобразует химическую энергию топлива в механическую работу. Внутри него работает множество вспомогательных механизмов, которые обеспечивают его надежность и эффективность. Он является одним из самых важных достижений инженерной мысли XX века и сегодня используется не только в авиации, но и в судостроении, железнодорожном транспорте и энергетике.
Для того, чтобы определить долговечность двигателя, срок службы ГТД или необходимость ремонта, он должен проходить ресурсные испытания — это моделирование реальных условий эксплуатации на специальном оборудовании – стендах. Это позволяет точнее оценить надежность механизма и оптимизировать график его технического обслуживания. Особенно важными являются испытания, при которых имитируются различные режимы работы двигателя: запуск, малый газ, взлет и так далее.
Обычно такой процесс требует участия опытного оператора, который вручную задает параметры работы стенда: частоту вращения, температуру топлива, давление и расход. Это не только трудозатратно, но также может быть чревато ошибкам, которые могут исказить результаты и привести к недооценке рисков.
Ученые Пермского Политеха написали программу, которая позволяет автоматизировать процесс ресурсных испытаний. Ее уникальность в том, что она ориентируется на отечественные ГТД, что особенно актуально во времена импортозамещения.
— Она задает последовательность режимов работы агрегата, их длительность и параметры – например, обороты, давление, температуру. Также она управляет переходами между этими режимами – и все это без вмешательства человека, – комментирует Сергей Сторожев, доцент кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Программа создана в среде LabVIEW — это инструмент графического программирования, широко применяемый в промышленной автоматизации.
— Разработанное нами ПО загружается прямо в контроллер испытательного стенда. После запуска программы система сама активирует нужные клапаны, насосы и датчики, устанавливает частоту вращения, давление топлива и другие показатели в соответствии с заданными режимами. Например, она может подавать ток определенной силы для открытия или закрытия клапана в зависимости от оборотов двигателя, что исключает ошибки ручного управления, — рассказывает Дмитрий Овсянников, магистрант кафедры «Автоматика и телемеханика» ПНИПУ.
Кроме того, в процессе разработанное ПО собирает информацию о работе агрегатов механизма, что позволяет оперативно выявлять отклонения. Логическая схема управления представлена в виде блок-диаграммы, что делает ее удобной для модификации под другие типы двигателей.
Благодаря программе ученых Пермского Политеха из ресурсных испытаний ГТД исключается человеческий фактор, что снижает риск ошибок при настройке параметров. Время испытаний сокращается за счет ускоренных циклов, а автоматизированная система обеспечивает стабильность создаваемых условий и повышает достоверность полученных результатов. С этим ПО ресурсные испытания могут проходить не менее чем в 1,5 раза быстрее. Такие технологии могут обеспечить еще большую надежность двигателей, от которых зависят тысячи жизней. В разработке уже заинтересовано одно из пермских авиастроительных предприятий, входящее в корпорацию Ростех.