航空發(fā)動機(jī)為什么要做強(qiáng)度試驗(yàn)

王軍朋

航空發(fā)動機(jī)研制技術(shù)是一個(gè)國家航空工業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)，是國家科技、工業(yè)綜合實(shí)力的體現(xiàn)，其重要性不言而喻。今天，我們來講一講航空發(fā)動機(jī)研制過程中必不可少的一環(huán)——航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)。

航空發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊復(fù)雜，且長期暴露于高溫、高壓、高速旋轉(zhuǎn)和復(fù)雜振動等嚴(yán)酷環(huán)境下，因此，發(fā)動機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)挑戰(zhàn)巨大。任何一臺航空發(fā)動機(jī)正式服役前，必須通過各種試驗(yàn)，對其性能、功能、強(qiáng)度及可靠性進(jìn)行充分驗(yàn)證。只有經(jīng)歷了各種磨礪之后，才能作為一顆強(qiáng)勁而可靠的“心”推動飛機(jī)翱翔藍(lán)天。

“航空發(fā)動機(jī)是試出來的！”已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共識。那么，航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)都有哪些項(xiàng)目呢？從航空發(fā)動機(jī)各組成部分的試驗(yàn)來分類，可分為全臺發(fā)動機(jī)的整機(jī)試驗(yàn)和部件試驗(yàn)，整機(jī)試驗(yàn)一般也稱為試車，包括整機(jī)地面試驗(yàn)、高空模擬試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)等。部件試驗(yàn)主要有：進(jìn)氣道試驗(yàn)、壓氣機(jī)試驗(yàn)、燃燒室試驗(yàn)、加力燃燒室試驗(yàn)、尾噴管試驗(yàn)、附件試驗(yàn)以及零組件的強(qiáng)度、振動試驗(yàn)等。

如果將一臺發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)看作是一個(gè)足球隊(duì)的訓(xùn)練和培養(yǎng)，那么部件試驗(yàn)就相當(dāng)于對每個(gè)隊(duì)員能力的測試。其中部件性能測試相當(dāng)于隊(duì)員足球技術(shù)和基本功的測試，如帶球、控球、傳接球能力等;而零組件的強(qiáng)度、振動試驗(yàn)就相當(dāng)于隊(duì)員的體能測試;發(fā)動機(jī)的各類整機(jī)試驗(yàn)則相當(dāng)于全隊(duì)的各種教學(xué)或模擬比賽，通過“比賽”來暴露和解決問題，而發(fā)動機(jī)一旦正式投入使用，就好比到了正式的比賽場上?！捌綍r(shí)多流汗，賽時(shí)少流淚”，正如嚴(yán)格訓(xùn)練才能取得好成績一樣，只有以大量的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，才能保證發(fā)動機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，成為一個(gè)合格的產(chǎn)品。

航空發(fā)動機(jī)在保證其飛行性能的情況下，大家最關(guān)心的就是安全可靠性方面的問題，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是保證安全可靠性的重要因素。那么，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又包括哪些內(nèi)容呢？發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究主要是通過強(qiáng)度理論和試驗(yàn)測試兩方面，研究發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，是否可以在預(yù)定工作壽命周期內(nèi)承受使用載荷而不失效，同時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)或危險(xiǎn)部位，在使用中進(jìn)行強(qiáng)度監(jiān)控，在失效后進(jìn)行失效分析，為結(jié)構(gòu)選材、設(shè)計(jì)、制造和使用提供依據(jù)。

開展發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究，首先需要從發(fā)動機(jī)部件結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境出發(fā)，明確作用在結(jié)構(gòu)上的載荷性質(zhì)、大小與分布狀態(tài);進(jìn)而通過強(qiáng)度分析和試驗(yàn)研究結(jié)構(gòu)在復(fù)雜載荷作用下的響應(yīng)是否滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，對發(fā)動機(jī)限壽件還需要采用疲勞理論分析和疲勞試驗(yàn)相結(jié)合的方法驗(yàn)證其疲勞性能是否滿足要求。可以說，發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究是以強(qiáng)度理論為基礎(chǔ)、以試驗(yàn)技術(shù)為手段的“載荷-響應(yīng)-強(qiáng)度-壽命”綜合研究體系。

近年來，中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)度研究團(tuán)隊(duì)秉承“大強(qiáng)度、新強(qiáng)度、數(shù)字強(qiáng)度”的發(fā)展理念，憑借強(qiáng)度所在飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、試驗(yàn)和研究領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)，針對發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊性，發(fā)展形成了發(fā)動機(jī)部件強(qiáng)度試驗(yàn)與分析，發(fā)動機(jī)短艙消聲與吊掛隔振技術(shù)等多個(gè)發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度研究方向。目前已具備發(fā)動機(jī)主軸、盤、葉片及機(jī)匣等關(guān)鍵部件的靜力、疲勞、沖擊、損傷容限、熱強(qiáng)度等方面的分析與試驗(yàn)?zāi)芰Γ邆涠膛撀晫W(xué)與吊掛減振等飛發(fā)匹配設(shè)計(jì)與試驗(yàn)?zāi)芰?。提升了發(fā)動機(jī)部件在接近發(fā)動機(jī)真實(shí)工況的復(fù)雜綜合環(huán)境下的強(qiáng)度分析與試驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范更新方面，強(qiáng)度所在前期積累的發(fā)動機(jī)部件強(qiáng)度試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，補(bǔ)充完善了多個(gè)發(fā)動機(jī)部件強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。目前，強(qiáng)度所承擔(dān)了多項(xiàng)發(fā)動機(jī)強(qiáng)度相關(guān)研究課題，而且與各大發(fā)動機(jī)主機(jī)院所建立了穩(wěn)定的合作關(guān)系，參與了多項(xiàng)我國在研發(fā)動機(jī)型號相關(guān)預(yù)研任務(wù)，承攬并完成了一批發(fā)動機(jī)部件強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)。為國家重點(diǎn)型號試驗(yàn)與技術(shù)研究提供了基礎(chǔ)支撐，為我國的航空事業(yè)快速發(fā)展起到積極作用。

目前，強(qiáng)度所正分別在上海和閻良建設(shè)民用和軍用航空發(fā)動機(jī)強(qiáng)度試驗(yàn)室，建設(shè)內(nèi)容涵蓋輪盤超轉(zhuǎn)破裂、機(jī)匣高溫高壓強(qiáng)度、發(fā)動機(jī)主軸類部件強(qiáng)度、安裝系統(tǒng)減振性能試驗(yàn)、短艙消聲性能試驗(yàn)、葉片高低周復(fù)合疲勞、葉片-涂層機(jī)匣碰摩、葉輪綜合載荷-響應(yīng)、旋轉(zhuǎn)鳥撞等方面的試驗(yàn)驗(yàn)證能力，開發(fā)更接近發(fā)動機(jī)真實(shí)工況的復(fù)雜載荷模擬技術(shù)和更先進(jìn)的測試技術(shù)，提升發(fā)動機(jī)部件強(qiáng)度試驗(yàn)綜合能力，為我國自主研制航空發(fā)動機(jī)型號提供試驗(yàn)技術(shù)支撐。（本文圖片由作者提供）