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时间:2011-02-10 16:03来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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第四节1发动机飞行试验
一、发动机使用方法和环境对其寿命的影响
/)使用方法的影响
发动机的结构设计是依据飞行系统的任务的类型和任务混频来推导设计任务循环。例如飞机飞多快、多高、多长时间,在什么功率状态,经过多少次循环。飞机实际使用不同,对发动机的设计寿命和可靠性将带来很大影响。
美国通用电气公司( 23)采用“工作苛刻性分析计算机程序”,进行了 4/./(装于轰炸机 5 6/)、(4&.(装于 4 6/7)和 *48 69.(装于军用运输机 :* 6/7)几种发动机的飞行使用研究,引用了总苛刻度 ;<,来评价发动机使用任务:
;< ,;>;0
=
式中1  ;< —
—总损伤率(故障 ?时间)与总基准损伤率之比;
;—
—循环苛刻度,它为由循环引起的损伤率与总基准损伤率之比;

=
;0 ———稳态苛刻度,即稳态工作引起的损伤率与总基准损伤率之比。程序中输人参考发动机使用数据作为基准,并把平均起飞推力下降 @) 9A、续航时间
7) 7小时定为基准任务。显然,在基准状态工作时,;= >;0 ,/。
图 B 68 6/示出装用 4/./的 5一 /轰炸机的几种情况,其中 5 6/的设计任务是混频 C为基准,其苛刻度为 /) .,是由 @7A稳态苛刻度和 8A循环苛刻度构成。由于稳态苛刻度的增加使固定油门杆的训练任务月相对于基准总苛刻度增加了 /@A。5、*和 +的稳
•//8D•

 
态苛刻度相等, 和 "总苛刻度的增加是由于循环苛刻度增加所致。最小油门 和最大油门 "的差别表示不同飞行员同一任务的差异,其值达 :。由此可见,飞行员是造成苛刻度差别的主要因素之一。
图 % &’ &.比较了轰炸仇和战斗机的发动机设计任务和飞行任务的苛刻度。显然可以得出以下结论。
/ &的任务“混频”的总荷刻度最高。
"/ &’的战斗任务“混频”的苛刻度比 / &’设计任务“混频”的苛刻度要高。
轰炸机的稳态苛刻度几乎对于各种任务均为常数。
战斗机所有稳态苛刻度均低于轰炸机稳态苛刻度。但由于循环苛刻度增加,使总苛刻度增加。
因此可以推得:战斗机任务苛刻度高于轰炸机任务苛刻度,这是由于战斗机高的循环使用成分所致;设计任务“混频”低估了任务的实际循环使用;因为许多单个任务要比任务“混频”苛刻,所以设计任务“混频”往往低估了实际飞行使用。例如,通过 /
& 的研究指出,舰上着陆飞行的苛刻度是任务“混频”的两倍。如果飞机专门用来飞舰上着陆科目,发动机的寿命将大大缩短。
图 % &’ &出战斗机和民用机发动机典型循环的比较。战斗机发动机在一次格斗任务飞行中油门杆变化极大,负荷高,推力变化大,循环次数频繁;而民用发动机的使用却相当缓和,这是民用发动机(翻修寿命达 00001以上)和军用发动机(翻修寿命为 ’00 2 0001)寿命差别的主要原因。一般军用发动机的返厂率高于民用机达 倍以上。
上述分析表明,军用飞机的工作任务由循环苛刻度决定,而民用飞机的工作任务由发动机和各个构件稳态苛刻度决定。苛刻度增加是由高使用循环成分所致。实际飞行使用苛刻度大于设计任务混频值。
(3使用环境的影响()环境温度的影响环境温度变化时,通过发动机转速和涡轮前温度的变化而影响热端部件的低循环疲劳和蠕变性能。
环境温度升高时,使高压涡轮的稳态转速以及进口燃气的稳态温度升高。在过渡态时,会产生瞬态超转和瞬态超温。稳态转速的提高,使转子零件低循环疲劳性能降低以及热端转子零件的蠕变量增加;稳态温度提高,使涡轮零件,如导向叶片、涡轮叶片和盘榫齿部位的蠕变性能降低。
•40•
图 % &’ &()轰炸机使用苛刻度的比较
*&设计任务“混频”(基准);+ & ,*规定的训
练任务 &固定油门杆;  & ,*规定的训练任
务 &油门最小移动范围 -" &,*规定的训练
任务 &油门最大移动范围;  & ,*系指美国战
略空军司令部


 

瞬态超转,仅能影响转子零件的低循环疲劳;瞬态超温,由于零件的热惯性,因此对蠕变不产生影响,但是由于沿叶型壁面及榫齿部位温差很大,因此产生热疲劳,使导向叶片和工作叶片的低循环疲劳性能降低。
所以,由于环境温度的作用,以及加速时的急速瞬态过程,超温超转对于热端转子零件和导向叶片可能产生严重的低循环疲劳损坏以及蠕变损坏。
())湿环境影响
湿度对沿海一带装用的发动机、舰船
发动机、低空飞行直升机发动机均有明显图  " "%&战斗机 ’轰炸机苛刻度比较 影响。长期处于潮湿环境,对发动机,尤其
是压气机,能够加速破坏过程。湿度往往 "("设计任务“混频”;) " *+,规定的
训练任务 "驾驶杆固定;% " *+,规定的训使铝合金叶片表面韧性降低、改变间隙特练任务 "最小油门移动范围;-" *+,规定性,并使金属间颗粒与基体之间的界面变的训练任务 "最大油门移动范围;. "/ "-脆,扩大裂纹增长率。战斗机任务“混频”; "/ "-各个别任务范围;
研究表明,裂纹扩展速率与循环应力0 "/ "设计任务“混频”; "/ "任务;1 "/ 范围(3455有关, " 战斗任务“混频”;2 "/"任务范围6, ’67 8+( (3455)9
式中&,———裂纹长度;
7—
—循环次数;
9———材料常数。
试验表明:湿度能降低材料的表面韧性,使终应力降低,从而使(3455增加((3455正比于 9:; " <<,其中终应力 <<,是由于表面裂纹尖端残余拉应变引起的,=9:。为最大应力)。湿度增加,能加速表面裂纹的成核速率,使裂纹扩展速率增加、加速了断裂破坏。
(%)磨蚀影响
设计上还不能预测磨蚀对寿命的影响。海盐粒有冲击磨蚀和腐蚀双重影响,引起叶片磨蚀和化学降解。砂粒也是一种冲击磨蚀物,尺寸小于 . ’ 9的石英粒可引起涡轮部件的磨蚀。发动机本身也产生磨蚀物,如燃烧室积炭(尺寸大于 )."9)。这些磨蚀物相对转子的速度可达 -)09 ’ >,使叶片的表面保护层脱落,造成麻斑、腐蚀坑、引起应力集中,时间长了就会产生疲劳裂纹。研究表明,轴流压气机叶片的磨蚀是由于尺寸大于 ."9、速度为 ).29 ’ >的粉状颗粒所致。颗粒对叶片表面的攻角 %2?下磨蚀量最大。磨蚀使压气机叶片进气边刻蚀、麻斑、出气边冲击磨损;使发动机功率降低,喘振机率增加,空气量减少。发动机为保持推力就要增加供油量,结果使热部件温度升高,从而降低了耐热合金的蠕变寿命。
 
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