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的損傷形式概括為: %燃燒室主要損壞形式為裂紋、翹曲、變形和燒穿;損壞原因有工作溫度高、軸向溫度
不均勻、啟動和加速時溫度變化大。 渦輪盤和壓氣機盤損壞形式為低循環疲勞損壞;主要原因是溫度應力和離心力。 "渦輪工作葉片損壞形式為熱疲勞裂紋、蠕變伸長斷裂;損壞原因有工作溫度高、振動
和熱沖擊(即點火啟動引起溫度急劇變化)。 風扇和壓氣機工作葉片損壞形式為疲勞裂紋;損壞原因有顫振、共振和外物損傷。 軸承和齒輪損壞形式為剝落;主要原因是接觸應力。 &導管和吊架損壞形式為疲勞損壞;造成原因主要是振動。例如,渦輪盤在加熱和冷卻過程中,輪緣和輪轂溫差很大,產生的熱應力是構成低循環
的主要成分。 "加速任務試呈程序制定制定加速任務試車程序的主要原則如下所述。
()各種工況下都出現的影響因素
對于各種工況下都出現的影響壽命因素,加速任務試車中應根據實際工作各種工況之配比來確定其在循環中的時間。這些因素包括持久強度、接觸剝落、在軸向力作用下軸承工作能力和磨損等。例如,取決于持久強度的壽命,試車循環中的時間可根據強度儲備相
•%•
等的原則來計算。如果某零件在最大起飛、最大連續和最大巡航三種狀態下相應的最大應力為 " % "& % "’,工作時間分別為 " ( " &( " ’,工作溫度為 ) %)& %)’,其材料所對應的持久強度為 *+、*+&、*+’,對于每種狀態下的強度儲備為
*+ *+& *+’
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" "& "’
如果試車中用最大起飛來模擬其他兩種狀態,當仍保持強度儲備 ,&和 ,’時,則在 )條件下換算持久強度為
/*+ -,& " /*& -,’ "根據 /*+、0*+,從溫度為 )的持久強度曲線分別查出它們所對應的時間 "/及 "0,那么循環中總考核時間應為
" -" 1 "/ 1 "0
(&)某些工況下出現的影響因素
對于只限于某些工況下出現的壽命影響因素,這些載荷重復了一定次數后零件就損壞,例如熱疲勞、振動疲勞和重復性靜載荷等,加速任務試車循環中,應使其包含這些因素的工況,在次數上和時間上與使用任務相同。
高循環疲勞零件,如壓氣機葉片、金屬導管和殼體等,其壽命取決于疲勞極限或疲勞強度,如鋼料的疲勞極限循環數為 23。發動機如在 42225 6 7+的轉速下考核只運轉 &89,但是對于有色金屬疲勞強度循環數為 23 : 28,需要更長運轉時間才能滿足考核要求。通過規范中規定為 ’ ;23次循環。
%結構對于激勵的基頻或諧頻產生共振響應時,振動應力達到最大,發動機工作時只允許瞬態過渡過程迅速通過,而不允許在這些點上停留。因此試車循環中要包括實際使用中轉速過渡的總次數和相應的轉速變化率。對于關鍵的共振狀態,應在試車中延長停留時間以便考核其可靠性。
&低循環疲勞,加速任務試車中載荷循環次數和特點應與使用中情況相同。主要的類型為:從 2<最大 <2的 =型循環,用來考核受熱沖擊的零件(如火焰筒、渦輪葉片、盤和尾噴管等)和受重復靜載荷的零件(如支座、機匣和葉片榫頭等),在起飛狀態下保持不少于 &7+以便充分加熱盤件,各階段之間有足夠的時間來冷卻盤。
對于加速與減速,用來考核承受溫度應力的渦輪盤強度,封嚴篦齒的耐磨性(因冷、熱引起間隙變化而造成磨損)。對于周期性接通與斷開工作,用來考核加力燃燒室、反推力裝置、可調尾噴口的熱沖擊、重復靜載荷以及磨損敏感的零部件。
對于較長壽命發動機酌試車,將復雜的飛行使用循環折算成試車用標準應力循環以便縮短試車時間,但還需取得發動機的實際飛行應力剖面。將此剖面分解成單個的應力循環,用修正的古德曼圖,將次循環換算成 2<最大 <2的主循環,利用 >—?曲線和邁納原理,將復雜飛行的若干種循環,通過疲勞損傷線性疊加,即可折算出一次飛行用標準應力循環表示的疲勞損傷,其數學表達式為
B 7" < 7
+@A -’( • )
6C6C < 7+77+D
@A B
•2E&•
式中, " ———起飛狀態下的標準應力循環次數;
" ———標準應力循環的最大應力;
———材料的極限強度;
%&’(、%&% ———第 %個循環的最大、最小應力;
)———材料常數,一般取 ) *+,-.。
(/)載荷變化影響不大
對于發動機工況改變下載荷變化而影響不大的零部件,如軸承齒輪等,它們的壽命取決于接觸應力和磨損,即使在起飛狀態下工作,所需試驗時間也縮短不多。這些零部件只有用增加載荷的辦法來縮短試驗時間,但是這要求積累充分的試驗資料并建立有效的故障模型。例如軸承,可用增加卸荷腔壓力來增大其軸向力。
對于齒輪可用減少齒輪接觸面積增大接觸應力的辦法進行加速等效試驗。還可以在燃淍及滑油中添加附加劑增強磨損作用來達到加速壽命試驗目的。但這些方法適合應用于部件考核中,若在整機加速任務試驗中應用則有局限。
(0)不能用一種載荷模擬多種作用因素
加速任務試驗中,若不能用一種載荷來模擬多種作用因素,則在大多數情況下,制定循環時只模擬影響強度及壽命的主要因素。例如工作葉片很少出現氣動彎曲損傷,如出現氣動顫振,應從發動機工作范圍內排除,因此多數情況下只模擬疲勞損壞這一主要因素。
五、典型加速任務試車舉例
綜上所述,加速任務試車程序中,應考慮在一次完整飛行循環中所經受的最惡劣瞬變條件,包括全部大功率狀態、加速和減速狀態,而刪去對持久強度、低循環疲勞強度和熱沖擊等影響不大卻占時很長的巡航狀態。
必須考慮發動機使用的各個方面,如空中飛行任務、地面調整試車和地面臺架試車等;飛行測量數據和試驗站記錄數據等;現有使用任務調查情況。根據搜集的任務剖面組成綜合任務剖面,然后運用優化法刪除次要成分,制定出試車循環,如圖 . 10 1/所示。
圖 . 10 1/2加速任務試車循環的制訂步驟
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