图 ’ "( "%) *&发动机的试车循环
寿命循环试验的内容包括热端部件上的断裂、高温蠕变以及低循环在内的试验,相当于 "飞机 (&&&工作小时。通过低循环和寿命循环试验曾发现了 *&发动机一级涡轮叶冠的设计缺陷。
+,部件低循环疲劳试验
进行低循环疲劳试验的部件有压气机和涡轮的轮盘、叶片、转子的轴、燃烧室和机匣等。部件的低循环疲劳试验应保证 &&-裕度,即验证寿命应为规定寿命的两倍。试验过程中,第一个等效寿命期内不允许修理,第二个寿命期允许进行定期修理。
若能检测出裂纹时的循环数为低循环疲劳初始寿命 ./,亦称无裂纹寿命;从出现起始裂纹到零件断裂的这段时间称为剩余寿命 .0,亦称裂纹扩展寿命,则构件总循环寿命 .1为 .1 2./ 3.0对于轮盘,定义轮盘表面上有千分之一概率起始裂纹达到 &, ’&&44所经历的循环数即为 ./。.0由断裂力学方法处理,即为裂纹扩展到临界值(零件失效)的循环数。
对于轮盘试验载荷谱,应根据实际飞行剖面来确定。图 ’ "( "5示出毂孔边的温度和应力剖面。然而在循环旋转试验器上无法模拟温度随时间的变化,所以要将飞行应力剖面换算成一定温度下的应力剖面。图 ’ "( "5( 6)示出换算到温度 7&的轮毂孔边应力。
在确定试验循环时,可按照顺序将剖面分解为主循环,或称为标准应力循环和若干个次循环。再运用古德曼图将次循环转变为脉动循环,如图 ’ "( "8所示。以第 /个循环为例:
/9 2 +(/4:; 3 /4/9)
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过已知点 <(= >, ,&)和 (?/9,/9)作斜线 <?,再从原点作 (%@线与 <?延长线交点为 A(/>+,/>+)。因此得 /4:; " /4/9
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对于轮盘低循环疲劳试验,可采用单个轮盘或整个转子进行试验,设备为循环旋转试验器,它分为上立式或下立式地坑试验器,卧式箱式试验器(如图 ( "8和图 ( "+所示);静态的有多路循环径向加载装置或飞利轮。试验腔要密封和抽真空以降低功率。
•&B8•
图 " "%一次飞行的轮盘应力剖面
图 " "&%次循环转换成脉动循环对于转子轴、叶片、机匣和燃烧室等主要零部件的低循环疲劳试验,其载荷形式、试验方法、试验设备与轮盘各不相同,但其原理都是一样的。二、转子结构完整性试验 •)(’•
根据通用规范要求,为保证转子结构完整性应进行下列试验。
"超转试验
涡轮和压气机转子,应在发动机最高允许气体测量温度和 最高允许稳态转速下,至少稳定工作 %&’。试验后零件和组件尺寸应在允许的极限内,并没有出现即将破坏的迹象。
("超温试验
在完成上述超转试验后,用同一台发动机在超过最高允许稳态气体测量温度 )(*以上,在不低于最高允许稳态转速下工作 %&’。试验后零件和组件尺寸应在允许的极限内,并且没有出现即将破坏的迹象。
+"轮盘破坏试验
发动机所有关键的轮盘构件应在旋转器上进行试验,其试验转速至少应达到最高稳态转速的 ((,而内孔或盘心材料应达到最高设计温度。试验后应不破坏。 )"轮盘的超转、超温和破裂试验例()试验内容在模拟发动机工作条件下,对各类轮盘进行超转、超温与破裂试验,目的是暴露材质缺陷,判明轮盘结构设计的合理性,确定其强度储备。要求定型的各类轮盘均应经受超转、超温和破裂试验,这是属于转子结构完整性的一项专门试验。
超转、超温试验,按上述要求进行。破裂试验时,其试验转速为最大工作转速的 ((,但对无包容结构之风扇盘,试验转速为工作转速的 )。轮盘内孔温度应为最大设计温度,持续时间不少于 (,-。试验后,轮盘应无损坏迹象。
研究表明,导致轮盘瞬态破裂的主要因素是由于过大的径向应力及过大的切向应力。对于风扇轮盘还应考虑其承受外来物撞击的能力。
另一种更为合理的确定轮盘强度储备的方法是限制盘上不同部位的应力值和盘材的条件屈服强度 ," (一般可近似取 ," .,"/," (或查表)与极限拉伸强度 0的比值,从而确定其屈服和破坏强度储备。
(()试验方法试件应选择材质性能较差、加工尺寸偏差最大的轮盘,以其试验结果代表该批轮盘的强度特性。
"常温试验按图 1 2) 21所示的程序进行,试件在各转速下的停留时间除规定 ’%34和 (( ’%34按要求停留之外,其余按具体要求而定。在高转速下,每次升速均应测量试件变形量,因此转速应退至零。
试验时,应先在低转速下跑合试验转子与设备,检查各部位的紧固、密封、润滑和温度指示等系统。在达到 /, ’%34或分析轮心部位即将产生塑性变形时,便应测量试件在运转状态的总变形量或停车后的残余变形量。当试件破坏时,应用触发机构发出信号,以记录破裂转速,使试验器动力紧急停车,并在需要时,启动光源与高速摄影机,记录破坏过程。
加温试验是模拟超温条件下进行的热运转。通常是在试验器上调节电加热器的位置和功率,并结合调节转速的办法使盘缘维持在工作温度,轮心不加温,温度梯度则由轮盘 •,//•
自身导热形成。
破裂试验是在轮盘最大工作转速的 "",盘孔温度为最高设计温度下,在试验器上进行的。
当对同一轮盘进行超转与破裂两项考核时,应将轮盘在确定的试验条件下逐步升速直至破裂转速。记录其在各个转速下的残余变形量。为判明确切的总体强度储备 :与设计薄弱环节,有时要升高转速直至轮盘破坏。在进行破裂试验时,可配备高速摄影机及相应的电控、照明等装置,以摄取轮盘首先破坏的部位,并用以研究碎块能量与运动情况。
(%)试验装置
配有高速摄影机的地坑式轮盘试验器;这种大型试验器的功率大小、转速和加温范围、试验腔容积均能满足试验要求,通用性强,并采用先进的测量系统,如光测、遥测、巡回检测、自动记录、高速摄影和工业电视观测等。试验腔设有自动报警或自动停车装置;试验厂房应有消防和防爆设施;要求试验间噪声水平不大于 &&’(,操作间的不大于 )&’(。
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