This master`s thesis deals with methods of turbojet engines maintenance and diagnostics. First specify and review methods. Then choose acceptable and perspective methods of non-destructive testing. Based on this choosing will be designed modern service center.

Thesis (M.S.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Mechanical Engineering, 1981. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND ENGINEERING. / Includes bibliographical references. / by Michael S. Idelchik. / M.S.

Τo πρώτο κεφάλαιο, το οποίο είναι και το εισαγωγικό, παρουσιάζει με συντομία στον ενδιαφερόμενο αναγνώστη τα χαρακτηριστικά, τις ιδιότητες και τις δυνατότητες των βασικών «συστατικών» αυτής της έρευνας, που δεν είναι άλλα παρά τα υπερκράματα και οι επικαλύψεις αυτών. Στη συνέχεια, στο επόμενο κεφάλαιο, παρουσιάζεται το βασικό πειραματικό εργαλείο αυτής της μελέτης, δηλαδή τα πειράματα θερμομηχανικής κόπωσης καθώς και η συγκεκριμένη πειραματική διάταξη που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί. Το κεφάλαιο αυτό θεωρείται ιδιαίτερα σημαντικό καθώς ασχολείται με τις βασικές παραμέτρους που ελέγχουν τα πειράματα αυτά, καθώς και με τους μηχανισμούς αστοχίας που αναμένεται να ενεργοποιούνται κατά τη διάρκειά τους. Το τρίτο κεφάλαιο μπορεί να θεωρηθεί και αυτό καθαρά εισαγωγικό, όπως και το πρώτο, καθώς ασχολείται με τις βασικές αρχές και ιδιότητες της μεθόδου της Ακουστικής Εκπομπής. Το κεφάλαιο αυτό κλείνει με μια περιγραφή του συστήματος της Ακουστικής Εκπομπής που χρησιμοποιήθηκε στη μελέτη αυτή. Τα τρία αυτά κεφάλαια, είναι ανεξάρτητα μεταξύ τους και κρίθηκε ότι ήταν απαραίτητο να είναι όσο πιο δυνατό πλήρη καθώς αναφέρονται σε υλικά, ιδιότητες και μεθόδους αρκετά «νέες» και μη ευρέως γνωστές. Η εργασία συνεχίζει στο τέταρτο κεφάλαιο με την παρουσίαση της πρώτης πειραματικής σειράς που ασχολείται με ισόθερμα εφελκυστικά πειράματα υλικών στροβιλοκινητήρων, στη θερμοκρασιακή περιοχή λειτουργίας τους. Με την παράλληλη εφαρμογή της μεθόδου της Ακουστικής Εκπομπής γίνεται προσπάθεια ανίχνευσης και τελικά ανάλυσης των ενεργοποιημένων μηχανισμών αστοχίας καθώς και εντοπισμού των βασικών παραμέτρων απόδοσης των υλικών. Το αναλυτικό μέρος της εργασίας ολοκληρώνεται στο πέμπτο κεφάλαιο, όπου και παρουσιάζονται δύο ανεξάρτητες σειρές πειραμάτων θερμομηχανικής κόπωσης. Στα πειράματα αυτά, προηγείται μια προσπάθεια κατανόησης και ανίχνευσης των μηχανισμών αστοχίας. Στη συνέχεια με την αξιοποίηση των καταγεγραμμένων σημάτων Ακουστικής Εκπομπής επιχειρείται συσχέτιση αυτών των μηχανισμών βλάβης – αστοχίας με ομάδες σημάτων ΑΕ καθώς και η ποσοτικοποίηση της εξέλιξης της βλάβης και του βαθμού της υποβάθμισης του υλικού με την εξέταση της υπογραφής των σημάτων αυτών. Η επεξεργασία και παρουσίαση των αποτελεσμάτων αυτών επιχειρήθηκε να γίνει με τέτοιο τρόπο, που να διασφαλίζει την ανεξαρτησία των παρατηρήσεων και συμπερασμάτων για κάθε πειραματική σειρά αλλά συγχρόνως να εξασφαλίζει και μια συνέχεια των παρατηρήσεων και των εφαρμογών. Η εργασία ολοκληρώνεται στο έκτο κεφάλαιο, με μια συζήτηση πάνω στην ανάλυση αυτών των αποτελεσμάτων, όπου διατυπώνονται οι καινοτομίες της έρευνας καθώς και οι προοπτικές εφαρμογής της σε πιο γενικευμένη και επίσημη βάση και το τί η επιστημονική κοινότητα καθώς και τα στελέχη των σχετικών βιομηχανιών θα μπορούσαν να αναμένουν από αυτή. / -

Cette thèse CIFRE (Conventions Industrielles de Formation par la REcherche), en collaboration avec Safran Aircraft Engines, concerne la réduction des vibrations de flexion en basse fréquence d'une aube de rotor de soufflante en matériau composite. L'intérêt premier est de réduire les marges au flottement en augmentant l'amortissement des aubages pour permettre l'utilisation des moteurs dans des plages de fonctionnement à haut rendement actuellement inexploitées. Les autres avantages directement liés à la réduction de vibration sont l'augmentation de la durée de vie des pièces ainsi que la réduction du bruit du moteur. L'objet de cette étude, est d'étudier différents dispositifs d'amortissement de vibrations piézoélectriques, en basses fréquences, applicables à une aube de turbomachine fabriquée en matériaux composites. Les applications principalement visées sont des aubes de rotor de soufflante ou des pales de rotor non caréné ("open-rotor"), de géométrie élancée et complexe. Les solutions étudiées utilisent des éléments piézoélectriques couplés à un circuit électrique passif ou semi-passif. Le coeur de ce travail de thèse, encore un verrou scientifique à l'heure actuelle, est de proposer des solutions performantes qui intègrent les éléments piézoélectriques aux aubes de soufflante afin de respecter les contraintes aérodynamiques imposées pour ce type de structure, tout en augmentant l'amortissement sur un des premiers modes de vibration. Les performances de ce genre de dispositifs sont directement liées à une grandeur : le facteur de couplage électromécanique, qu'il s'agit de maximiser. Il dépend de toutes les caractéristiques de la structure : les matériaux utilisés (structure composite hôte, matériau piézoélectrique), mais surtout du placement et de la géométrie des éléments piézoélectriques. L'utilisation de matériaux piézoélectriques connectés à des circuits actifs, semi-passifs ou passifs a été largement étudiée mais les expériences traitent presque toujours de cas académiques de poutres ou de plaques. L'objectif est ici, pour le dispositif piézoélectrique développé, de pouvoir évaluer les performances des shunts en terme d'atténuation sur une structure massive faiblement amortie. Une partie du travail consiste ainsi à bâtir un modèle éléments finis prédictif de la structure composite couplée aux matériaux piézoélectriques, en vue de quantifier les performances du dispositif. Plusieurs solutions sont testées sur une structure simple pour évaluer l'influence sur les performances du dispositif, (1) du choix du matériau piézoélectrique, (2) du placement et de la géométrie des éléments piézoélectriques ainsi que (3) du circuit électrique dissipatif. Différentes solutions d'intégration à l'aube sont proposées et une méthode de caractérisation des propriétés des matériaux tissés est développée dans la perspective d'intégrer les matériaux actifs à la préforme du composite. Cette étude est à la fois numérique et expérimentale : un démonstrateur, utilisant une aube en matériaux composites est conçu puis testé en laboratoire pour valider les concepts proposés. / This thesis concerns the vibration reduction in the low frequency range of a composite fan blade of a turbojet engine with piezoelectric devices. The interest is to increase lifespan and avoid flutter phenomena by reducing the vibration amplitude. The purpose of this thesis is to study several shunted piezoelectric devices, in the low frequency range, that can be applied to a woven composite turbojet fan blade. The targeted applications are the LEAP fan blades or the “open-rotor” fan blade, both of them required to manage a complex geometry. The solutions investigated used piezoelectric elements coupled to a passive or semi-passive circuit. The core of this thesis, still a scientific obstacle at present, is to propose efficient solutions that integrate the piezoelectric elements to the fan blades in order to meet aerodynamic constraints for this type of structure, while increasing damping level on one of the first modes of vibration. The performances of such devices are directly related to a coefficient: the electromechanical coupling factor that requires to be maximized. This coefficient depends on all the features of the structure: materials used (host composite structure, piezoelectric material), but especially the placement and geometry of the piezoelectric elements. The use of piezoelectric material connected to active, semi-passive or passive circuits has been extensively studied but the experiences almost always deal with academic cases such as beams or plates. The aim is for the developed piezoelectric device, to evaluate the damping performance of a weakly damped massive structure.A part of the work is thus to develop a predictive finite element model of the structure coupled to the piezoelectric material to quantify the performance of the device. Several solutions are tested on a simple structure to evaluate the influence on the device performance of, (1) the choice of the piezoelectric material, (2) the placement and geometry of the piezoelectric elements, and (3) of the dissipative circuit. Various integration solutions in the blade are proposed and a method for characterizing the properties of woven materials is developed in the perspective of integrating the active materials in the composite preform.This study is both numerical and experimental: a demonstrator using a composite fan blade is designed and tested in the laboratory to validate the proposed concepts.

No description available.

No description available.

An investigation has been performed of the flow in a supersonic through-flow fan blade cascade. The blade shapes are those of the baseline supersonic through-flow fan (STFF) under investigation at the NASA Lewis Research Center. Measurements were made at an inlet Mach number of 2.36 over a 15° range of incidence. Flowfield wave patterns were recorded using spark shadowgraph photography and steady-state instrumentation was used to measure blade surface pressure distributions and downstream total and static pressure distributions. A two-dimensional LDV system was used to map the downstream flowfield. From these measurements, the integrated loss coefficients are presented as a function of incidence angle along with analysis indicating the source of losses in the STFF cascade. The results are compared with calculations made using a two-dimensional, cell-centered, finite-volume, Navier-Stokes code with upwind options. Good general agreement is found at design conditions, with lesser agreement at off-design conditions. Analysis of the leading edge shock shows that the leading edge radius is a major source of losses in STFF blades. Losses from the leading edge bluntness are convected downstream into the blade wake, and are difficult to distinguish from viscous losses. Shock losses are estimated to account for 70% to 80% of the losses in the STFF cascade. / Ph. D.

Modeling the flight conditions of an aircraft that utilizes an airbreathing propulsion system necessitates a method to account for the increase in energy introduced into the flow. Current methods for modeling engines either assign fixed conditions on flat faces on the intake and exhaust through a manual process with the use of external models or attempt to model the flow through the engine within the simulation using complex and computationally expensive geometry and solvers. The method presented attempts to provide an intermediate option to model airbreathing engines through coupling the intake and exhaust boundary conditions with a parametric engine model. This enables the intake conditions within the finite volume simulation to assign the exhaust boundary conditions as the solution iterates, allowing for engines to be dynamically simulated in transient cases and for continuity in the simulation to be better maintained. This method of modeling airbreathing engines could also prove useful in nacelle optimization studies and in modeling aircraft with long engine intakes. The NASA Common Research Model and an axisymmetric nacelle geometry are used to demonstrate the functionality of the developed coupled engine model and its implementation in a finite volume solver.

This is a study that is focused on developing an individual design methodology for a centrifugal impeller and generating a mixed flow impeller for a small turbojet engine by using this methodology. The structure of the methodology is based on the design, modeling and the optimization processes, which are operated sequentially. The design process consists of engine design and compressor design codes operated together with a commercial design code. Design of Experiment methods and an in-house Neural Network code is used for the modeling phase. The optimization is based on an in-house code which is generated based on multidirectional search algorithm. The optimization problem is constructed by using the inhouse parametric design codes of the engine and the compressor. The goal of the optimization problem is to reach an optimum design which gives the best possible combination of the thrust and the fuel consumption for a small turbojet engine. The final combination of the design parameters obtained from the optimization study are used in order to generate the final design with the commercial design code. On the last part of the thesis a comparison of the final design and a standard radial flow impeller is made in order to clarify the benefit of the study. The results have been showed that a mixed flow compressor design is superior to a standard radial flow compressor in a small turbojet application.

Cette thèse concerne les systèmes de surveillance des turboréacteurs. Le développement de tels systèmes nécessite une phase d’évaluation et d’optimisation des performances, préalablement à la mise en exploitation. Le travail a porté sur cette phase, et plus précisément sur les performances des fonctions de détection et de pronostic de deux systèmes. Des indicateurs de performances associés à chacune de ces fonctions ainsi que leur estimation ont été définis. Les systèmes surveillés sont d’une part la séquence de démarrage pour la fonction de détection et d’autre part la consommation d’huile pour la fonction de pronostic. Les données utilisées venant de vols en exploitation sans dégradations, des simulations ont été nécessaires pour l’évaluation des performances. L’optimisation des performances de détection a été obtenue par réglage du seuil sur la statistique de décision en tenant compte des exigences des compagnies aériennes exprimées en termes de taux de bonne détection et de taux d’alarme fausse. Deux approches ont été considérées et leurs performances ont été comparées pour leurs meilleures configurations. Les performances de pronostic de surconsommations d’huile, simulées à l’aide de processus Gamma, ont été évaluées en fonction de la pertinence de la décision de maintenance induite par le pronostic. Cette thèse a permis de quantifier et d’améliorer les performances des fonctions considérées pour répondre aux exigences. D’autres améliorations possibles sont proposées comme perspectives pour conclure ce mémoire / This thesis deals with monitoring systems of turbojet engines. The development of such systems requires a performance evaluation and optimization phase prior to their introduction in operation. The work has been focused on this phase, and more specifically on the performance of the detection and the prognostic functions of two systems. Performances metrics related to each of these functions as well as their estimate have been defined. The monitored systems are, on the one hand, the start sequence for the detection function and on the other hand, the oil consumption for the prognostic function. The used data come from flights in operation without degradation, simulations of degradation were necessary for the performance assessment. Optimization of detection performance was obtained by tuning a threshold on the decision statistics taking into account the airlines requirements in terms of good detection rate and false alarm rate. Two approaches have been considered and their performances have been compared for their best configurations. Prognostic performances of over oil consumption, simulated using Gamma processes, have been assessed on the basis of the relevance of maintenance decision induced by the prognostic. This thesis has allowed quantifying and improving the performance of the two considered functions to meet the airlines requirements. Other possible improvements are proposed as prospects to conclude this thesis