民機輔助動力裝置載荷譜分析研究

廖建軍 李春

摘 要： 根據(jù)某民機輔助動力裝置使用情況，對其輔助動力裝置實測譜進行編制，并根據(jù)實測譜對該輔助動力裝置燃氣渦輪一級工作葉片進行強度壽命計算，對其實測載荷譜進行評估，為該輔助動力裝置的使用方式提供參考。

關(guān)鍵詞：民機;輔助動力裝置;載荷譜

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0090-03

輔助動力裝置（以下簡稱APU）是飛機動力系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是起動主發(fā)動機、為客艙供氣，還能為各種機載設(shè)備提供動力（液壓能、電能）。

載荷譜是APU應(yīng)力分析和壽命研究的基礎(chǔ)。APU載荷譜，是進行APU及其零部件的壽命、可靠性和強度分析與試驗而編制的有關(guān)載荷要素的組合，是APU在規(guī)定的飛行任務(wù)、用法和使用條件下載荷參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果[1]。

設(shè)計譜是供新機設(shè)計使用的載荷譜，可由任務(wù)相同、結(jié)構(gòu)相近的現(xiàn)役使用載荷譜用經(jīng)驗推斷得到，也可預(yù)計飛行任務(wù)剖面和預(yù)計任務(wù)混頻得到。實測譜，是飛行載荷實測及飛行任務(wù)調(diào)查得到的，可直接應(yīng)用于發(fā)動機的定壽和延壽。本文通過對某民機APU實際使用情況編制了實測譜，并根據(jù)實測譜對APU燃氣渦輪一級工作葉片進行強度壽命計算，根據(jù)計算結(jié)果對其實測譜進行評估。

1 實際使用剖面

某民機APU在使用以來，通過統(tǒng)計該民機使用的7臺APU使用情況，發(fā)現(xiàn)其使用時間和使用流程比較固定，主要在飛機起飛階段和降落階段使用。一般1個飛行架次需要起動2次APU，第1次是起飛階段，第2次是降落階段。具體統(tǒng)計情況見表1、表 2。（時間按百分比統(tǒng)計）

根據(jù)7臺APU起飛階段和降落階段各狀態(tài)的使用情況統(tǒng)計結(jié)果，整理得到APU任務(wù)剖面見表3。

2實測譜編制

根據(jù)APU使用情況，APU主要是在起飛和降落階段使用，為模擬實際的使用情況，載荷譜由兩條譜線組成，譜線1模擬起飛階段使用情況，譜線2模擬降落階段使用情況。由于APU起飛階段和降落階段使用次數(shù)基本相當，因此取譜線1和譜線2的分配比例為1∶1。

根據(jù)任務(wù)剖面，編制APU實測譜簡介見表4和表5。譜線1、譜線2的功率分配見表6和表7及圖1和圖2。

3燃氣渦輪葉片壽命評估

APU各狀態(tài)轉(zhuǎn)速均為恒轉(zhuǎn)速54000r/min，根據(jù)性能計算，APU各工作狀態(tài)下的排氣溫度（大氣溫度15.5℃）見表8。

根據(jù)DZ408材料持久性能數(shù)據(jù)，采用M-S曲線方程，對燃氣渦輪一級工作葉片（DZ408）進行強度壽命計算，燃氣渦輪工作葉片計算狀態(tài)見表9。取葉片各截面最高溫度和最大應(yīng)力進行持久壽命估算，葉片模型和計算截面位置見圖3;計算燃氣渦輪一級工作葉片實測譜下持久損傷。計算結(jié)果見表10至表13。

4結(jié)論

（1）通過對APU實測譜編制，實測譜主要由兩條譜線組成，譜線1模擬起飛階段使用情況，譜線2模擬降落階段使用情況，反映該民機APU主要在起飛和降落階段使用。

（2）選取燃氣渦輪葉片對其壽命等對APU實測譜進行評估，發(fā)現(xiàn)在相同工況條件下，空載對APU使用影響程度最低，燃氣渦輪葉片使用壽命最長;在最大狀態(tài)起動主發(fā)和全電狀態(tài)時，對APU使用影響程度最重，燃氣渦輪葉片使用壽命最短。

（3）燃氣渦輪葉片在實測譜條件下，總的損傷程度為0.0218，損傷程度很小，該民機APU能很好滿足目前實際使用條件。

參考文獻

[1] 蘇清友.航空渦噴、渦扇發(fā)動機主要零部件定壽指南[M].北京：航空工業(yè)出版社，2004.