航空发动机研制过程中的可靠性问题.pdf

航空发动机研制过程中的可靠性问题吴为民! 江和甫!中国燃气涡轮研究院!成都“#$%$$ ?61@ABCD79E >EF *AGH796 IFJEHK7FD869J!CD69LMA “,N%NN!CD79EO*“ 在发动机故障引起的飞行事故中!因结构强度和疲劳寿命问题导致的事故就占8-;以上“ 为了减少发动机在使用期间发生结构耐久性问题!确保发动机的结构安全!延长使用期限!减少寿命期费用!美国军方和宇航部门专门制定了发动机结构完整性大纲“ 该大纲主要是对发动机在设计%试验以及初期使用阶段的结构完整性提出相关规定和要求!具体内容包括航空发动机标准体系%可靠性设计与分析4设计任务循环分析%结构热分析%可靠性建模%预计与分配%确定关键件%故障模式分析%故障树分析%寿命评估等3%可靠性试验4包括各部件与整机的强度%振动%损伤容限和耐久性试验!温度场测量!畸变及加速任务试验等3%状态监控与故障诊断以及信息管理等方面“ 通过贯彻实施结构完整性大纲!发动机在可靠性%耐久性方面取得了明显效果“先进的发动机依赖于经过充分验证的新技术4包括新结构%新材料%新工艺等3“ 为了充分验证新技术!美国军方相继投资开展了一系列预先技术验证计划!如先进涡轮发动机燃气发生器4+(2113计划%先进技术发动机4+(23计划以及高性能涡轮发动机综合技术4(2(3计划等“ 这些计划的实施!为发动机研制打下坚实的技术基础!减小了设计风险“ 国外推重比#*一级发动机4如%##8%2?0**%@99,)3!具有高增压比40)A 063%高涡轮前温度4# 9**B!0 ---B3%低油耗等特点“采用了很多新的技术!如小展弦比叶片%整体叶盘%刷式封严%浮动壁燃烧室%单晶叶片%全权数字电子控制4%+C2D3系统%单元体设计等“ 通过这些技术的应用!使新研制的发动机的性能%可靠性%耐久性水平得到大幅度提高“!我国航空发动机可靠性发展状况我国航空发动机工业是0-世纪5-!!-年代在测仿前苏联产品的基础上发展起来的! 走的是一条从测仿%改进改型到自行研制的道路“ 这一进程中!在发动机可靠性%耐久性方面做了大量的工作!例如E>6发动机的首翻期和总寿命比初始值提高了)倍是由于发动机结构故障所致!如叶片掉块断裂%轮盘破裂%导管断裂%传动锥齿轮断裂% 燃烧室外套爆裂等! 而尤为突出的是叶片的断裂“ 一般来讲!一台成熟发动机的故障模式为结构%传动润滑% 控制% 附件等各分系统的偶发性随机分布!而不会系统性重复发生!且故障率也保持在一个较低的水平“因此从发生的故障情况可以初步推断!在仿制及改进改型过程中! 我们以往所做的基础性技术摸底验证不够! 给定的寿命及翻修期依据还不充分“9-年代我国开始自行研制航空发动机!在最初立项时没有明确提出可靠性指标要求! 例如某型涡喷发动机!由于设计%试验过程中对可靠性工作认识不够!结果在性能达标首飞后!暴露出大量的结构性故障问题“ 在其后长达9年的试验%试飞过程中!主要精力就是解决可靠性问题“ 经过对主要零部件的极限强度试验和低周疲劳寿命试验以及发动机整机的多项可靠性%耐久性试车4如$5-7 F(持久试车!燃 气 涡 轮 试 验 与 研 究第$6卷5!第!期“##$低周疲劳试车!“##$寿命持久试车等%!终于设计定型“ 为了达到发动机的寿命指标并建立翻修标准!增加了主要旋转部件和承力构件的寿命试验以及整机两个翻修期的低周疲劳试车和 EA;,