Плотность распределения вероятности отказа элементов газотурбинного двигателя
В качестве критерия надежности ГТД целесообразно использовать гамма-процентный ресурс, обеспечивающий возможность нормирования предельных величин наработки конструктивных элементов по уровням вероятностей их неразрушения. Гамма-процентный ресурс с высокой вероятностью неразрушения соответствует на -характеристике ГТД началу периода старения, которое статистическими методами определить нельзя, так как массовые постепенные отказы основных элементов двигателя недопустимы в эксплуатации по условиям безопасности полетов. Поэтому гамма-процентный ресурс необходимо уметь прогнозировать с помощью физических моделей отказов, основанных на анализе конкретных причин повреждений деталей ГТД. При расчете ресурса деталей горячей части ГТД (например, рабочих лопаток турбин) с помощью кривых длительной прочности материалов обычно оценивают повреждения, вызванные действием статических напряжений , (рис. 127) при соответствующих температурах , на основных эксплуатационных режимах(взлетном — 1, номинальном — 2, крейсерском — 3).
Рис.127. Упрощенная схема изменения температуры и напряжений , действующих на элемент ГТД в течение полета продолжительностью
Степень длительных статических повреждений деталей, накопленных за весь эксплуатационный цикл работы ГТД от запуска до останова определяют в соответствии с принципом линейного суммирования повреждений по следующей формуле: где — число стационарных режимов работы двигателя в эксплуатационном цикле; – повреждение конструктивного элемента на этих режимах; —длительность режимов; — функция длительной прочности материала, позволяющая найти значения времени до разрушения элемента под действием напряжения при температурах . Даже при фиксированных значениях и из-за нестабильности свойств материалов время до разрушения является случайной величиной, для которой характерно логарифмически нормальное распределение . Если известна некоторая априорная совместная плотность распределения напряжений и температур , то плотность распределения времени до разрушения на основании формулы полной вероятности
Определив для каждого -го режима нагружения функции распределения и используя найденные в результате статистической обработки наблюдений плотности вероятностей для продолжительностей режимов , находим плотности вероятностей для каждого этапа и плотность распределения суммы независимых величин . Данная функция описывает распределение случайной поврежденности элемента ГТД за один полетный цикл (плотность распределения вероятности отказа). За некоторое число N полетных циклов накопленное повреждение можно найти с помощью гипотезы линейного суммирования повреждений по формуле
|