航空發(fā)動(dòng)機(jī)加速任務(wù)試車標(biāo)準(zhǔn)分析

王超宇

中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司 湖南株洲 412002

1 基本原理

AMT 是地面運(yùn)行的測(cè)試引擎，此試車剖面可以直接反映引擎的使用方法。試車剖面應(yīng)考慮到復(fù)雜的任務(wù)在高功率狀態(tài)下狀態(tài)和運(yùn)行時(shí)間和各種重大變化。這里突出了兩個(gè)重要的問題：

（1）AMT 必須直接反映外場(chǎng)用法。

（2）AMT 應(yīng)考慮基本操作條件和高壓下的工作時(shí)間的變化。基本操作條件決定了試車循環(huán)中任務(wù)剖面中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損傷的部分。而高壓下的工作時(shí)間的重要性在于，使用條件的變化會(huì)導(dǎo)致低循環(huán)周期和熱疲勞故障損傷模式，以及應(yīng)力斷裂和磨蝕損傷狀況的出現(xiàn)。

2 加速任務(wù)試車研究方法與步驟

AMT 技術(shù)已經(jīng)變得更加全面，并在歐洲和美洲得到廣泛使用，致使許多論文都報(bào)道了AMT 的研究和應(yīng)用。例如，F(xiàn)110 發(fā)動(dòng)機(jī)加速任務(wù)試車譜包含六項(xiàng)獨(dú)立的測(cè)試程序，但是并不存在系統(tǒng)化、完整化地說明如何測(cè)試這些程序。

許多國(guó)內(nèi)機(jī)械工廠已經(jīng)進(jìn)行了AMT 研究及其測(cè)試。主要是對(duì)于現(xiàn)有的模型（如渦噴八和渦槳六等）進(jìn)行測(cè)試，目標(biāo)是減少試車時(shí)間、提高經(jīng)濟(jì)效益。但是，還未能滿足新機(jī)壽命測(cè)試的需要。

近幾年來，相關(guān)部門結(jié)合新的考核的需要，對(duì)AMT 開展了各項(xiàng)研討工作。怎么做是為了是研究出一個(gè)完善的、可行的推導(dǎo)方法，并找到一種能夠滿足新機(jī)持久性要求的AMT 試車譜。為此，我們以某型發(fā)動(dòng)機(jī)為例，介紹對(duì)AMT 的研究方法與步驟。為了合適的AMT 試車譜的推導(dǎo)方法，并獲得可用于耐力分析的AMT 試車譜，我們?cè)贏MT 上做了大量研究工作，以下為AMT 的研究方法與步驟。

2.1 研究獲得發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)使用用法或設(shè)計(jì)使用用法

眾所周知，通過對(duì)軍隊(duì)使用情況的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，購(gòu)置發(fā)動(dòng)機(jī)是進(jìn)行AMT 研究的先決條件。對(duì)于新的發(fā)動(dòng)機(jī)，必須分析現(xiàn)有的使用載荷及使用特點(diǎn)，并預(yù)測(cè)新機(jī)器的使用方法。

AMT 研究所需的使用方法包括：發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和部署、任務(wù)混頻、各個(gè)任務(wù)的飛行圖譜、工作循環(huán)次數(shù)、各種情況中所用的工作時(shí)間等信息。

2.2 確定發(fā)動(dòng)機(jī)綜合任務(wù)譜

通過研究機(jī)器負(fù)載獲得的任務(wù)剖面要精確得多，并且數(shù)量仍然很大，通常為十幾個(gè)及以上。直接對(duì)這些任務(wù)剖面進(jìn)行研究以獲取AMT 試車譜需要大量的工作。因此，可根據(jù)各任務(wù)的載荷特點(diǎn)進(jìn)行分析，得出綜合任務(wù)譜。

2.3 壽命損傷計(jì)算

（1）確定影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命的關(guān)鍵構(gòu)件。航空發(fā)動(dòng)機(jī)由數(shù)以萬計(jì)個(gè)零件組成，但決定其壽命的零件并不多，它們承載最嚴(yán)苛的負(fù)載，通常是最先使用的，并且不容易修復(fù)渦輪轉(zhuǎn)子及其它熱端部件。

（2）壽命損傷計(jì)算。計(jì)算得出各部件的低循環(huán)疲勞使用期限、應(yīng)力斷裂以及它們交互作用的使用期限，并找出發(fā)動(dòng)機(jī)各工作循環(huán)及主要工作狀態(tài)下的負(fù)荷對(duì)元件使用期限的磨損程度。

3 關(guān)于加速系數(shù)

發(fā)動(dòng)機(jī)加速系數(shù)即是關(guān)鍵性的決定發(fā)動(dòng)機(jī)使用期限的最小加速系數(shù)，也是一項(xiàng)評(píng)定AMT 過程的重要指標(biāo)。其在各類工作環(huán)境中的實(shí)際工作參數(shù)決定了它的精準(zhǔn)性。目前，從理論上講，想要較準(zhǔn)確地計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件及整機(jī)的使用壽命，可以利用其承受的不同溫度和應(yīng)力換算其使用期限，這種方法有助于得出特定AMT循環(huán)的加速系數(shù)[1]。

決定加速系數(shù)大小的因素有許多，包括其所飛行任務(wù)剖面中低功率狀態(tài)所占百分比，以及AMT 中發(fā)動(dòng)機(jī)載荷增大的程度等。民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的加速系數(shù)通常為5 到8，軍事通常為2 到3。值得注意的是，對(duì)于不同類型的機(jī)器以及不同的零件和組件，相同的AMT 具有不同的加速系數(shù)，且它們之間的差異非常大；甚至許多發(fā)動(dòng)機(jī)具有相同的模型，因?yàn)樗鼈冄b備了不同類型的飛機(jī)，從而加速系數(shù)也不同。但是，為了確定發(fā)動(dòng)機(jī)加速度系數(shù)，最合理的AMT 必須確保主要部件的加速系數(shù)和確定其壽命的部件的加速系數(shù)相同。

4 關(guān)于加速試車譜的驗(yàn)證和修改

在其開發(fā)的前期階段，由于機(jī)器使用部門提出的設(shè)計(jì)任務(wù)，很有可能達(dá)不到試飛操作的標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要經(jīng)常進(jìn)行檢驗(yàn)和修改。通常，從發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)階段到生產(chǎn)和運(yùn)行階段，可以根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)考慮執(zhí)行以下的加速試車。

通常，應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)首次飛行之前進(jìn)行加速試車。最短的試車運(yùn)行時(shí)間應(yīng)至少是在第一個(gè)飛行測(cè)試程序中計(jì)劃的使用時(shí)間的兩倍，并且該測(cè)試運(yùn)行不應(yīng)在測(cè)試飛行引擎上運(yùn)行[2]。

在設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，應(yīng)依照型號(hào)規(guī)范中規(guī)定的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行循環(huán)，至少運(yùn)行設(shè)計(jì)使用期限的一半時(shí)間加速試車。

在生產(chǎn)進(jìn)行階段，應(yīng)該科學(xué)合理地進(jìn)行加速試車。相關(guān)工作人員可以模仿從使用用法數(shù)據(jù)中導(dǎo)出的使用任務(wù)循環(huán)。其最短的試車時(shí)間應(yīng)是設(shè)計(jì)使用期限的一倍。

在執(zhí)行加速模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)遵循條件實(shí)時(shí)任務(wù)1:1 進(jìn)行測(cè)試，并且應(yīng)通過比較要執(zhí)行的兩種試車來檢查等效程度。在缺乏經(jīng)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行此類試車十分必要。如果在發(fā)動(dòng)機(jī)零件上進(jìn)行的兩次測(cè)試所造成的損壞相差很大，則應(yīng)更改確定循環(huán)的嚴(yán)苛程度。此外，還應(yīng)根據(jù)有關(guān)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用的最新信息來更改已經(jīng)確定的旋轉(zhuǎn)。在之后的任務(wù)中，也應(yīng)根據(jù)任務(wù)的改變來合理修改加速模擬試車循環(huán)[3]。

5 結(jié)語

AMT 技術(shù)涉及廣泛，并且只有通過有效實(shí)施、設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、生產(chǎn)和應(yīng)用該技術(shù)，才能被有效了解和掌握。相信隨著我國(guó)軍事裝備現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，AMT 技術(shù)必然會(huì)作為測(cè)試機(jī)器耐久性的一種重要手段在中國(guó)機(jī)械的研究和生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。