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重视发动机可靠性设计,防止风扇叶片颤振和外物进入高压压气机

发布日期:2019-11-23 21:53:29

防止风扇叶片颤振和异物进入高压压缩机:对于一级和二级风扇叶片,设计应考虑颤振不应发生在工作包线内。除了在强度和振动计算中避免这种情况外,还应在高海拔平台的高温、大ma和低温条件下进行试验。后者应在进气温度为-30℃的试车中测试,或在飞行测试中测试。

风扇叶片也应该有足够的疲劳强度储备。仅用静强度应力进行设计是不够的,因为运行中的振动应力远大于正常运行中的振动应力。欧美发动机的比值约为8,苏制д36发动机(用于Yak42客机)风扇叶片的振动应力比正常运行时大3-5倍。

在发动机的结构设计过程中,应采取措施防止异物(沙、冰、水等)。)从入口吸入,不进入高压压缩机,也不进入燃烧室和后面的涡轮。这可以通过改进风扇前盖的形状、增加风扇出口和分离器环之间的距离、在风扇部件的后端安装排气阀等来实现。

防止压缩机和涡轮轮盘破裂:如果风扇、压缩机和涡轮轮盘在运行过程中破裂,破碎块抛出发动机时的能量很大,壳体无法容纳,因此损坏很大,飞机的安全受到很大威胁,因此必须提高轮盘的可靠性。

提高计算精度:为提高静强度(确定断裂速度)和低周疲劳寿命的计算精度,应采用最完善的计算模型和方法,并将计算结果与试验数据进行比较和修正。目前,根据破裂速度计算的安全系数比试验获得的破裂安全系数高10%,因此计算数据应采用修正系数进行修正。

用计算方法确定轮盘低周疲劳寿命时,需要考虑复杂应力状态下的应力集中。为了获得轮盘的真实寿命,需要采用试验测得的载荷和温度条件的周期性变化。

严格控制榫槽底部裂纹:榫槽底部允许存在裂纹,但应监控裂纹的发展,严格控制裂纹的允许长度。应详细计算允许裂缝长度,并通过试验验证,然后应规定允许长度并留有余量。

通常,计算和测试的危险长度的50%被视为允许裂纹扩展的长度。裂纹发展和检查之间的间隔应小于从裂纹发现到临界长度的时间的一半(在f100 pw 220中,从裂纹发现到临界长度的时间是检查周期的两倍以上)。

粉末圆盘的粉末粒度严格控制:粉末冶金用作圆盘时,应严格控制粉末的粒度。f404投入使用后,由于涡轮轮盘粉末粒度不够,在运行过程中,由于高压涡轮轮盘破裂,造成严重的飞机坠毁事故,不得不改用锻造轮盘。粉末粒度进一步细化后,粉末冶金涡轮盘用于f404。

严格控制冷热加工盘的冶金缺陷和冷热加工缺陷是严重影响发动机可靠性的重要因素。因此,应严格控制加工过程,加强检验。从1972年底到1973年初的两周内,rb211 22b发生了两起风扇轮盘断裂和发动机甩出的严重事件。经调查分析,原因是原料冶炼中杂质未被去除,冷热加工中残余加工应力未消除等。

为此,除了针对原因采取一些措施外,还特别采用了增加一次旋转的程序,即在轮盘完成最终加工和检验程序后,将其安装在旋转试验台架上,以工作速度旋转一定时间,以显示那些潜在的缺陷(见“rb211 22b风扇盘飞行过程中抛出的严重故障”)。

轮毂上没有斜孔:最好不要在轮毂上开一个用来引导冷却空气的斜孔,因为开斜孔后会产生高应力集中(应力集中系数高达5~6)。

防止涡轮轴损坏:涡轮轴损坏将导致极其严重的事件。这种发动机在国内外已被多次使用。因此,在设计和生产中应特别注意。

应力集中不应过大:设计中不应出现应力集中过大的结构,如台阶、圆弧过渡,圆角半径不应过小;在轴上开孔时,孔的外缘和内径应是圆形的。非配合面也应具有高光洁度。低压轴和高压轴之间应留有足够的间隙,以确保即使在工作过程中发生过度振动,它们也不会碰撞。

主轴采用模锻毛坯:主轴毛坯采用模锻,毛坯中不允许有锻造缺陷,并进行严格检查。

冷加工质量的严格控制:在制造过程中,必须保证加工精度和表面光洁度,特别是圆角和倒角的尺寸,必须保证内表面的加工质量。苏制hk 8 4发动机曾因涡轮轴内壁加工质量差而断裂,造成严重飞行事故。

为了提高工作叶片锁定件的可靠性:在家用发动机的开发和使用中,曾出现过由于锁定件用于锁定工作叶片的强度不足而导致严重后果的情况。

例如,b 1轰炸机未能参加1991年初的海湾战争(Gulf War),这主要是由于用来锁定f101发动机第一级风扇叶片的卡环断裂以及风扇叶片从轮盘上脱落造成的。

在国产发动机的发展过程中,也发生了一些不应该发生的重大事故,原因是叶片锁定板在试车中断裂,叶片从轮盘上脱落。

因此,在设计、制造、组装和重新组装锁定件或锁定卡环时,必须小心。

在设计中,除了在正常运行期间承受的空气动力载荷外,机动飞行期间的惯性载荷、异常运行期间的过度载荷(如喘振)、叶片振动期间的附加载荷、低周疲劳等。也应予以考虑。

在加工过程中,避免可能导致过度应力集中的加工缺陷,并避免在装配过程中反复弯曲边缘。


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