Проверка на прочность и определение вибрационного состояния деталей, узлов и двигателя в целом
К этому виду испытаний относятся испытания по определению вибрационных характеристик двигателя; проверке корпусов на прочность, жесткость, циклическую долговечность; определению последствий разрушения лопаток компрессора и турбины и проверке прочности лопаток вентилятора; проверке роторов двигателя на прочность; проверке работоспособности ТВД со свободной турбиной при повышенном крутящем моменте; проверке работоспособности двигателя при повышении максимальной частоты вращения ротора; проверке гидравлических и пневматических коммуникаций на герметичность и прочность и др.
Задачей испытаний по исследованию вибрационных характеристик двигателя является проверка того, чтобы во всем диапазоне частот вращения отсутствовали бы опасные по условиям прочности вибрационные напряжения. Для определения вибрационных характеристик применяются вибрографирование и тензометрирование деталей двигателя. В последнее время стали использоваться для этих целей также методы голографии.
Обязательному тензометрированию подлежат рабочие и направляющие лопатки всех ступеней компрессора и рабочие лопатки турбины, диски турбины и компрессора, валы роторов и воздушных винтов, трубопроводы. Исследуется влияние на уровень вибрационных напряжений таких факторов, как неравномерность полей полных давлений на входе в двигатель, изменение положения средств механизации компрессора (для рабочих лопаток компрессора), окружная неравномерность температуры газа перед турбиной, отбор воздуха за компрессором, действие реверсивного устройства (для рабочих лопаток турбины). Исследуется также влияние высотно-скоростных условий. Если будут обнаружены вибрации повышенного уровня, то достаточная вибрационная прочность должна быть подтверждена другими (например, резонансными) испытаниями.
Для многовальных двигателей часть испытаний по определению вибрационных характеристик внутренних каскадов может выполняться на однокаскадном газогенераторе с последующей выборочной проверкой отдельных ступеней на двигателе полной компоновки.
Корпусные узлы современного двигателя подвергаются большим статическим нагрузкам от сил давления, осевых усилий (тяги) и крутящих моментов, а также от сил инерции, связанных с эволюциями самолета. Поэтому эти узлы подвергаются статическим испытаниям при воздействии расчетных эксплуатационных нагрузок или испытаниям до разрушения при воздействии нагрузок, увеличенных на соответствующие коэффициенты запасов прочности. Испытания могут проводиться как на двигателе в целом, так и на отдельном корпусе, в котором должны быть установлены направляющие аппараты компрессора и сопловые аппараты турбины в сборке с ложным ротором.
Узлы и трубопроводы всех коммуникаций, кроме масляных (исключая насосы, фильтры и другие элементы, подвергающиеся испытаниям в процессе их изготовления), испытываются под давлением, превышающим в 1,5 раза максимально возможное рабочее или в два раза нормальное рабочее в зависимости от того, какое из них больше. Элементы масляных коммуникаций должны испытываться под давлением, превышающим максимально возможное не менее чем в три раза.
Специальными испытаниями проверяется работоспособность двигателя при повышенной частоте вращения ротора - 103 % максимальной с суммарной наработкой 15 мин (циклами по 3 мин с выдержкой между циклами в течение 2,5 мин). Температура газа в испытаниях должна быть равна максимально возможной в эксплуатации. Для достижения этого допускается применение специальных средств (например, изменение площади реактивного сопла). Данные испытания должны показать, что при возможных в эксплуатации превышениях частоты вращения выше максимальной не возникнут предпосылки к отказам с опасными последствиями, а также подтвердить после дефектации возможность дальнейшей эксплуатации двигателя. При недостаточных запасах прочности или при использовании принципиально новых конструктивных решений, материалов, технологии проводятся специальные испытания по проверке роторов на статическую прочность при повышенных частотах вращения: 120 % максимального значения или 105 % наибольшей, которая может иметь место при отказе какого-либо элемента двигателя. Эти испытания могут проводиться или на двигателе (при этом частота вращения снижается до 115 %), или на разгонном стенде. Время испытаний - 5 мин, температура должна соответствовать наиболее неблагоприятной, которая возможна в эксплуатации.
Специальными испытаниями должно быть показано, что при обрыве лопатки компрессора или турбины удерживаются корпусом двигателя и возникающие при этом вторичные эффекты не могут привести к отказам с опасными последствиями. Предварительно выявляется наиболее критичная с точки зрения возможности обрыва и возможности повреждения двигателя неуравновешенной силой ступень компрессора или турбины, а также определяется максимальное время, потребное для выключения двигателя после обрыва лопатки в эксплуатационных условиях (но не менее 15 с).
При испытаниях должен происходить обрыв одной лопатки компрессора или турбины при максимально возможной частоте вращения ротора. Для этого ее замок специально ослабляется (подрезается). Двигатель после обрыва должен проработать при неизменном положении РУД в течение ранее установленного времени или до самовыключения. Лопатки вентилятора вследствие их повышенной массы не могут быть удержаны корпусом, поэтому к ним предъявляются повышенные требования в отношении прочности. Это устанавливается на основании результатов длительных и эквивалентно-циклических испытаний, специальных испытаний по определению вибрационных характеристик и исследованию воздействия на работу двигателя попадания во входное устройство посторонних предметов, а также по результатам анализа эксплуатации двигателя.