В МАИ разрабатывают методику оценки допустимых повреждений лопаток авиадвигателей

В Московском авиационном институте разрабатывают расчётно-экспериментальную методику определения допустимых повреждений для лопаток компрессора низкого давления, располагающихся в авиационных двигателях. Она позволит точнее оценивать возможность дальнейшей эксплуатации лопаток с повреждениями и после ремонта. Ожидаемый результат – сокращение числа досрочных замен двигателей и минимизация затрат на ремонт. Проект ведёт коллектив кафедры 203 «Конструкция и проектирование двигателей» МАИ по заказу индустриального партнёра.

Внутри авиационного двигателя располагается компрессор для сжатия и продвижения входящего воздуха в камеру сгорания. Его ротор состоит из вращающихся с высокой скоростью колёс с лопатками. Лопатки вынужденно принимают на себя удары всего того, что приносит с собой воздух – частиц песка, камней, льда. Поэтому на их кромках часто появляются небольшие повреждения – забоины, которые в итоге могут привести к зарождению трещины.

– Даже небольшая забоина может оказаться опасной. Поэтому важно чётко оценивать ситуацию, чтобы понять, можно ли дальше летать, достаточно ли просто зачистить дефект или деталь нужно менять. Во избежание рисков нормы допустимых повреждений часто назначают с большим запасом. Из‑за этого двигатели нередко снимают и отправляют в ремонт раньше срока. Наша первостепенная задача – обосновать допустимые размеры повреждений с помощью расчётов и испытаний для лопаток трёх ступеней компрессора низкого давления. В дальнейшем разрабатываемая методика будет расширена на другие типы лопаток, – говорит участник проекта, доцент кафедры 203 МАИ Александр Шахов.

Цель исследования – сравнить, какую вибрационную нагрузку выдержат лопатки, имеющие различные повреждения. Лопатки проверяют в трёх состояниях – без повреждений, с нанесёнными и с зачищенными забоинами. Это позволяет понять, насколько повреждение снижает прочность детали и восстанавливает ли её зачистка.

Далее инженеры рассчитывают, какая глубина забоины допустима в разных частях лопатки – у корня, посередине и у вершины, чтобы деталь сохраняла запас усталостной прочности. В результате для каждой лопатки формируется «карта допустимых повреждений»: схема с размеченными зонами и предельно допустимыми размерами дефектов. В дальнейшем её можно будет включить в руководство по техническому обслуживанию авиационных двигателей.

– В отраслевых стандартах есть типовые значения допустимых повреждений: они должны подходить для любой лопатки, поэтому назначены с существенным запасом. Из‑за этого лопатку с забоиной могут забраковать, хотя на самом деле она ещё могла бы безопасно работать. Наша методика позволяет определить допустимые повреждения индивидуально для каждого типа лопаток – с учётом их формы, материала и уровня испытываемых вибраций. Её ценность в том, что она задаёт единый порядок такой работы: от расчётов и испытаний на вибростенде до готовой карты допустимых повреждений, – уточнил Александр Шахов.

Проект находится в активной стадии исследований. В дальнейшем накопление базы данных по испытаниям также позволит определять допустимые повреждения лопаток ещё на стадии проектирования и сократить объём дорогостоящих натурных испытаний.