某型飛機(jī)槳葉滾壓層粗糙度的測(cè)試方法研究

樊占鵬，廖　飛，李　夢(mèng)

（中國民航飛行學(xué)院，四川廣漢618307）

檢測(cè)與測(cè)試

某型飛機(jī)槳葉滾壓層粗糙度的測(cè)試方法研究

樊占鵬，廖飛，李夢(mèng)

（中國民航飛行學(xué)院，四川廣漢618307）

對(duì)飛機(jī)槳葉根部滾壓層進(jìn)行粗糙度測(cè)量，可以有效檢測(cè)出滾壓層的質(zhì)量，從而不斷完善槳葉根部的滾壓工藝，提高槳葉的疲勞強(qiáng)度。但必須對(duì)設(shè)備的選用、參數(shù)的設(shè)定、測(cè)試儀的定位以及探頭的控制等進(jìn)行精確操作，以確保達(dá)到理想的測(cè)量效果，保障飛行安全。

槳葉根部；滾壓層；表面粗糙度；圓弧

某型飛機(jī)在機(jī)頭部裝有一副鋁合金螺旋槳，該螺旋槳由三片槳葉和一套槳轂組成，而槳葉又分為葉身和葉根兩部分，如圖1所示。在螺旋槳的高速旋轉(zhuǎn)下，槳葉的葉身部分會(huì)產(chǎn)生足夠的動(dòng)力以牽引整架飛機(jī)在空中的飛行，但與此同時(shí)，飛機(jī)槳葉根部也同時(shí)承受著巨大的交變應(yīng)力。因此為了提高槳葉根部的疲勞強(qiáng)度，根據(jù)生產(chǎn)廠家要求，使用專用設(shè)備對(duì)槳葉根部進(jìn)行冷滾壓。槳葉根部在經(jīng)過冷滾壓之后，其表面會(huì)形成一層光滑致密的滾壓層，該滾壓層可有效預(yù)防表面產(chǎn)生的疲勞裂紋，并會(huì)較大程度地降低疲勞裂紋的擴(kuò)展速度。因此，表面滾壓層的質(zhì)量如何，會(huì)直接影響槳葉根部的疲勞強(qiáng)度。也會(huì)嚴(yán)重影響著飛行安全。

圖1　槳葉構(gòu)造

為了確保冷滾壓的質(zhì)量都能符合要求，對(duì)每次滾壓后的葉根表面進(jìn)行粗糙度測(cè)試。表面粗糙度是機(jī)械加工中描述表面微觀形貌最常用的參數(shù)，它反映的是機(jī)械零件表面的微觀幾何形狀誤差［1］，是衡量工件表面質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)［2］。由斷裂力學(xué)可知，表面粗糙度值愈大，表面的溝痕愈深，紋底半徑愈小，應(yīng)力集中越嚴(yán)重，抗疲勞破壞的能力就愈差［3］。由于槳葉根部的構(gòu)造較為復(fù)雜，因此對(duì)其表面的粗糙度測(cè)試也有著較大難度。

1　技術(shù)分析

某型飛機(jī)螺旋槳的槳葉根部的滾壓區(qū)域有兩部分組成，如圖2所示，即一部分為直線區(qū)域（圖2中的B區(qū)域），在以槳葉中心線為軸，其所形成的是一個(gè)圓柱形區(qū)域；另一部分為圓弧形區(qū)域（圖2中的A區(qū)域），在以槳葉中心線為軸，其所形成的是一個(gè)截去頂部的側(cè)面凹陷的圓錐形區(qū)域。顯然該兩個(gè)區(qū)域均不是常規(guī)的平面，由于常規(guī)的表面粗糙度測(cè)試主要是針對(duì)平面區(qū)域進(jìn)行的，而該兩個(gè)區(qū)域相對(duì)于槳葉軸線來說均不是平面，因此如果要對(duì)該兩個(gè)區(qū)域進(jìn)行粗糙度測(cè)試，就要結(jié)合其各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來尋求合適有效的測(cè)試方法。

圖2　槳葉根部的冷滾壓區(qū)域

2　測(cè)試方法研究

現(xiàn)有的粗糙度測(cè)試儀型號(hào)為Mahr 6910431，針對(duì)該型粗糙度測(cè)試儀及槳葉根部的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在將槳葉沿水平方向固定好之后，采用分段法進(jìn)行測(cè)量。

首先完成設(shè)備的準(zhǔn)備工作，使用自制支架將粗糙度測(cè)試儀固定好。由于中途可能需要不斷地調(diào)整測(cè)試儀的方位，選用的固定支架是可多方位移動(dòng)的。將粗糙度測(cè)試儀的模式設(shè)定位“Ra”，單位為μm.并將Ra值設(shè)定位2.4，這就表示取樣長度內(nèi)，輪廓線上的點(diǎn)與基準(zhǔn)線之間距離絕對(duì)值的算術(shù)平均值為2.4 μm，之后再將測(cè)試儀Lt值調(diào)至5.60 mm，0.8×5.在進(jìn)行表面粗糙度檢查之前，先要標(biāo)準(zhǔn)試塊來校準(zhǔn)測(cè)試儀。先將測(cè)試儀探頭放在標(biāo)準(zhǔn)試塊的中心區(qū)域，調(diào)整支架使探頭的下壓幅度不超過1.5 mm，測(cè)試儀會(huì)自動(dòng)進(jìn)行三次校驗(yàn)，如果平均值低于15%即可以正常使用。如果測(cè)試儀的讀數(shù)不在范圍內(nèi)，則根據(jù)要求重新校準(zhǔn)設(shè)備。

（1）直線區(qū)域的測(cè)量

待設(shè)備準(zhǔn)備工作完成之后，開始進(jìn)行直線區(qū)域（圖2中的B區(qū)域）的測(cè)量，由于該測(cè)量區(qū)域?yàn)閳A柱形區(qū)域，因此采用垂直于槳葉中心線和平行于槳葉中心線兩個(gè)方向來進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)試儀支架進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)試儀的探頭處于6點(diǎn)鐘±5°的位置上，如圖3所示，并將測(cè)試儀的探頭輕輕地抵在直線區(qū)域的表面上。由于此時(shí)的測(cè)量行程范圍內(nèi)的表面為弧形表面，因此為了使該表面的粗糙度測(cè)量更加準(zhǔn)確，同時(shí)不損傷設(shè)備，要調(diào)整支架使探頭的下壓幅度不超過3mm。然后啟動(dòng)設(shè)備開始測(cè)量該區(qū)域的垂直于槳葉中心線方向的表面粗糙度。

之后再調(diào)整測(cè)試儀的方位，使探頭沿著槳葉中心線的方向?qū)υ搮^(qū)域進(jìn)行測(cè)量，由于此時(shí)的測(cè)量行程范圍內(nèi)的表面為直線表面，此時(shí)探頭的下壓幅度不超過1.5 mm即可。然后啟動(dòng)設(shè)備開始測(cè)量該區(qū)域的沿著槳葉中心線方向的表面粗糙度。

該直線區(qū)域無論在哪個(gè)方向上的表面粗糙度均不應(yīng)該超過Ra0.381.如果粗糙度超過此值，則需重新測(cè)量一次，如果仍然超標(biāo)，則需要重新打磨拋光，并進(jìn)行冷滾壓，然后再沿著兩個(gè)方向進(jìn)行粗糙度測(cè)量。

（2）圓弧區(qū)域的測(cè)量

待直線區(qū)域測(cè)量工作完成之后，開始進(jìn)行圓弧區(qū)域（圖2中的A區(qū)域）的測(cè)量，由于該測(cè)量區(qū)域?yàn)閭?cè)面凹陷的圓錐形區(qū)域，在平行于槳葉中心線的方向的圓弧半徑過小，導(dǎo)致粗糙度測(cè)試儀的探頭無法在該方向上運(yùn)行，因此只能在垂直于槳葉中心線的方向來進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)試儀支架進(jìn)行調(diào)整，使測(cè)試儀的探頭處于6點(diǎn)鐘±5°的位置上，如圖3所示。并將測(cè)試儀的探頭輕輕地抵在圓弧區(qū)域中間位置的表面上，由于此時(shí)的測(cè)量行程范圍內(nèi)的表面為弧形表面，因此為了使該表面的粗糙度測(cè)量更加準(zhǔn)確，同時(shí)不損傷設(shè)備，要調(diào)整支架使探頭的下壓幅度不超過3 mm.然后啟動(dòng)設(shè)備開始測(cè)量該區(qū)域的垂直于槳葉中心線方向的表面粗糙度。

圖3　粗糙度測(cè)試儀的定位

由于圓弧區(qū)域更容易產(chǎn)生裂紋，從而出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，因此該區(qū)域內(nèi)的表面粗糙度相比直線區(qū)域的要求更高，其粗糙度不能超過Ra0.254.如果粗糙度超過此值，則需重新測(cè)量一次，如果仍然超標(biāo)，則需要重新打磨拋光，并進(jìn)行冷滾壓，然后再進(jìn)行一次粗糙度測(cè)量。

3　結(jié)束語

綜上所述，針對(duì)飛機(jī)螺旋槳的粗糙度測(cè)量而言，由于槳葉根部的構(gòu)造不同，其所采用測(cè)量方法以及測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)和控制零件加工后的表面粗糙度有至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值［4］。由于受到現(xiàn)有設(shè)備的限制，目前針對(duì)小半徑圓弧區(qū)域的粗糙度測(cè)量方法還處于探索之中。零件表面粗糙度的測(cè)量技術(shù)在高精尖工業(yè)領(lǐng)域有著舉足輕重的位置，而在航空工業(yè)中更是如此，只有摸索出合適可靠的零件表面粗糙度測(cè)量方法，才能保證飛機(jī)的安全運(yùn)行。

［1］劉斌，馮其波，匡萃方.表面粗糙度測(cè)量方法綜述［J］.光學(xué)儀器，2004，（10）:54-58.

［2］劉偉強(qiáng)，黃秀蘭，文雅珊.磨削工藝對(duì)車軸表面粗糙度的影響分析［J］.機(jī)床與液壓，2015，（12）:98-100.

［3］章剛，劉軍，劉永壽，等.表面粗糙度對(duì)表面應(yīng)力集中系數(shù)和疲勞壽命影響分析［J］.機(jī)械強(qiáng)度，2010，32（1）：110-115.

［4］石文天，劉玉德，王西彬，等.微細(xì)銑削表面粗糙度預(yù)測(cè)與試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2010，41（1）:211-215.

Research on Surface Roughness MeasurementMethods to a Certain Type Aircraft Blade

FAN Zhan-peng，LIAO Fei，LIMeng
（China Civil Aviation Flying College，Guanghan Sichuan 618307，China）

Rolled layer quality can be inspected effectively by surface roughnessmeasuring to aircraft blade shank，and therefore rolling process to blade shank will be improved continuously，fatigue strength of blade can be enhanced accordingly.To achieving the desired measuring effect，and make sure flight safety，an accurately operation to the factors are necessary when measuring be applied to blade shank，such as option of equipment，parameter setting，location of equipment，probe control etc.

aircraftblade；rolled layer；surface roughness，；radius

TP206

A

1672-545X（2016）06-0141-02

2016-03-30

國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金（61179073）；中國民航飛行學(xué)院面上項(xiàng)目（J2014-14）。

樊占鵬（1981-），男，遼寧鳳城人，工程師，工程碩士，從事專業(yè)：航空槳葉表面處理。