MA600 型飛機(jī)發(fā)動機(jī)減振系統(tǒng)載荷分析和檢測方法研究

■ 潘向武 張公偉/中國民用航空飛行學(xué)院洛陽分院

0 引言

航空發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)用于減少發(fā)動機(jī)傳遞給發(fā)動機(jī)安裝結(jié)構(gòu)的振動并承擔(dān)慣性及氣動載荷，在發(fā)動機(jī)工作時提供發(fā)動機(jī)熱變形補(bǔ)償，保證發(fā)動機(jī)承力架的結(jié)構(gòu)可靠性以及發(fā)動機(jī)的動力輸出平穩(wěn)。隨著飛行時間的累積，減震系統(tǒng)與機(jī)構(gòu)連接處存在發(fā)生疲勞裂紋和減震器橡膠老化的風(fēng)險，嚴(yán)重影響飛行安全。減震系統(tǒng)的可靠性維護(hù)通常會耗費(fèi)大量的人力物力。研究一套成熟的減震系統(tǒng)維護(hù)和檢測程序，對于降低系統(tǒng)維修成本、提升飛行安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 MA600 型飛機(jī)發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)螺旋槳工作時會引起較大振動，加上發(fā)動機(jī)自身重量大，相比渦扇發(fā)動機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的噪聲和振動更為嚴(yán)重，對渦槳發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)和減震性能要求較高，同時還要求具有高的安全性、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性和產(chǎn)品壽命，大大增加了渦槳航空發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)的設(shè)計和維護(hù)難度。MA600 飛機(jī)配裝的95666-1 型發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)采用發(fā)動機(jī)架形式，在發(fā)動機(jī)固定裝置與發(fā)動機(jī)連接處使用柔性減震裝置，通過發(fā)動機(jī)承力架再連到機(jī)身或短艙的加強(qiáng)隔框，將發(fā)動機(jī)和螺旋槳產(chǎn)生的振動影響減少到可接受范圍。

發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)的主要傳力結(jié)構(gòu)由發(fā)動機(jī)架和承力架兩部分組成。其中，發(fā)動機(jī)架為可拆卸結(jié)構(gòu)，承力架為不可拆固定結(jié)構(gòu)，與發(fā)動機(jī)短艙隔框一起固定在中央翼上。發(fā)動機(jī)架和承力架通過5 個點(diǎn)相連，上、中間連接點(diǎn)采用叉耳連接形式，其余采用球形墊連接。發(fā)動機(jī)承力架和飛機(jī)短艙9 框構(gòu)成一個承力桁架，由8 根管狀桿和模壓接頭焊接制成的支撐桿組成，通過16 個螺栓與中央翼前梁對接。發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的各方向載荷通過承力桁架傳到機(jī)體。

這種構(gòu)架形式可以有效降低機(jī)體結(jié)構(gòu)與發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)之間的共振，減小機(jī)體結(jié)構(gòu)、機(jī)載系統(tǒng)設(shè)備、管路的振動應(yīng)力水平，改善機(jī)艙振動噪聲環(huán)境，有效減小螺旋槳、飛機(jī)機(jī)動、著陸等沖擊載荷對發(fā)動機(jī)本身的影響。

2 發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)受力特點(diǎn)

95666-1 型發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)的核心件是發(fā)動機(jī)減震器，用于減少振動及動態(tài)載荷從發(fā)動機(jī)向機(jī)體的傳遞，并在操作中控制發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)架之間的載荷分配。由三個前部橡膠減震器與發(fā)動機(jī)減速齒輪箱相連，承擔(dān)豎直方向、橫向及前后方向的載荷。每個減震器都是獨(dú)立的，可從發(fā)動機(jī)安裝架上拆卸。發(fā)動機(jī)和螺旋槳的扭轉(zhuǎn)載荷由扭矩管組件傳遞，扭矩管組件安裝在發(fā)動機(jī)減速齒輪箱的下部，由扭矩管和連桿組成，通過兩根連桿彈性地連接到發(fā)動機(jī)安裝架上，因此只承擔(dān)發(fā)動機(jī)和螺旋槳的扭轉(zhuǎn)載荷，不受其他方向的載荷干擾。兩個后部減震器安裝在發(fā)動機(jī)中介壓氣機(jī)機(jī)匣安裝座處，支撐發(fā)動機(jī)后部，只承受豎直方向和橫向載荷，并允許因熱膨脹和螺旋槳拉力引起的前后方向自由移動。

發(fā)動機(jī)在不同工作狀態(tài)下產(chǎn)生的加速度導(dǎo)致的位移，可以通過減震器組件變形后產(chǎn)生阻尼效果。這類減震系統(tǒng)具有振動阻尼大、沖擊性能好、承載能力大的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是橡膠部分容易受溫度、油質(zhì)、臭氧的侵蝕而老化。

3 發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)可靠性檢測和維護(hù)方法研究

航空渦槳發(fā)動機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，發(fā)動機(jī)拆裝工作量大，航空部件長期受高空惡劣酸堿腐蝕環(huán)境影響，溢出的發(fā)動機(jī)滑油、運(yùn)動部件潤滑油漬和潮濕空氣、頻繁起降以及不正常的發(fā)動機(jī)狀態(tài)等都有可能導(dǎo)致減震系統(tǒng)超負(fù)荷使用，降低減震性能，使減震器橡膠件發(fā)生一般目視檢查下不易察覺的疲勞損傷風(fēng)險。

針對95666-1 型發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)，為維護(hù)其正常的減震功能和良好的工作運(yùn)行狀態(tài)，日常使用和維護(hù)中應(yīng)針對減震系統(tǒng)的承力結(jié)構(gòu)和減震器制訂檢查重點(diǎn)。

3.1 減震系統(tǒng)承力結(jié)構(gòu)的疲勞檢查要點(diǎn)

減震系統(tǒng)日常維護(hù)中應(yīng)注意發(fā)動機(jī)承力架、撐桿與螺栓連接處的檢查?？山Y(jié)合發(fā)動機(jī)更換工作，采用10 倍放大鏡檢查發(fā)動機(jī)架的所有焊接接頭和焊縫是否有裂紋、銹蝕、開焊等；螺栓、螺母是否銹蝕，保險是否完好；發(fā)動機(jī)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)連接支架是否有裂紋、腐蝕；安裝是否牢固和安全，螺紋零件是否有損傷。對于起落較為頻繁的飛機(jī)，可以采用無損檢測方式對發(fā)動機(jī)安裝構(gòu)架的螺紋處和螺桿變截面根部裂紋缺陷進(jìn)行檢查。

3.2 減震器組件的可靠性檢測和修理方法

95666-1 型發(fā)動機(jī)減震器組件包括：由17-4PH 不銹鋼與硫化橡膠形成的組合體、17-4PH 不銹鋼材質(zhì)支撐座和兩側(cè)的二級隔熱墊、連接支撐座和隔熱墊以及組合體的不銹鋼六角長螺栓和防松螺母。作為一種非線性減震器，橡膠部分的沖擊剛度大于動剛度，動剛度大于靜剛度，有利于減少沖擊變形和動態(tài)變形，具有高彈性和粘彈性，利用橡膠材料的粘彈性及阻尼性能實(shí)現(xiàn)減隔振功能。其中，金屬部分具有較好的剛度和阻尼特性，橡膠體部分的預(yù)壓縮變形量與防松螺母擰緊力矩在彈性限度內(nèi)呈正比例關(guān)系。

金屬與硫化橡膠形成的組合體在惡劣的高空環(huán)境、航空器頻繁的起降和不正常的發(fā)動機(jī)和螺旋槳工作狀態(tài)下可能引起結(jié)構(gòu)損傷。由于該型減震系統(tǒng)生產(chǎn)廠家未提供減震器組件的具體檢查方法和標(biāo)準(zhǔn)，需要用戶對減震器金屬安裝支架和橡膠件的疲勞情況進(jìn)行評估，建立檢查方案以提供合理的周期發(fā)現(xiàn)潛在損傷。

對95666-1 型發(fā)動機(jī)減震器組件的金屬部件材質(zhì)進(jìn)行化驗和分析，金屬墊和支架為鋼類材質(zhì)，采用磁粉檢測。結(jié)合減震系統(tǒng)維護(hù)手冊，建立一套減震器的分解、清洗、一般目視檢查程序，最終根據(jù)無損檢測結(jié)果判斷受損部分和損傷程度。檢測要點(diǎn)如下：

1）使用放大鏡檢查金屬－橡膠減震組合體的結(jié)合區(qū)域表面是否平整、穩(wěn)固，有無隆起和海綿狀等不穩(wěn)固現(xiàn)象；用手適當(dāng)按壓檢查是否有橡膠分離情況，若有則記錄分離的最大長度和深度。使用放大鏡檢查應(yīng)無切口、撕裂、嚴(yán)重磨損或缺口。

2）使用放大鏡檢查金屬－橡膠減震組合體金屬區(qū)域表面有無刻痕、刮傷、裂口、腐蝕、表面侵蝕或擦傷。銹蝕等損傷會導(dǎo)致金屬件的截面削弱，承載力下降。

3）使用放大鏡檢查減震系統(tǒng)扭矩桿組件與發(fā)動機(jī)連接支架尺寸、扭矩桿組件桿體的螺栓孔內(nèi)徑、軸肩外徑、自由高度是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。

4）對金屬－橡膠減震組合體、安裝支架、連接螺栓和扭力管組件進(jìn)行清潔和微打磨，由無損檢測資質(zhì)人員完成磁粉檢測，根據(jù)損傷結(jié)果評估是否進(jìn)行修理或更換，提供技術(shù)依據(jù)。

4 總結(jié)

95666-1 型發(fā)動機(jī)減震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，發(fā)動機(jī)安裝架、承力架和減震器組件是保證發(fā)動機(jī)可靠性和減震性的重要部件。通過對該型減震系統(tǒng)的受力特點(diǎn)分析，結(jié)合飛機(jī)維護(hù)手冊和減震器的CMM 手冊，建立了一套適用于減震系統(tǒng)的日常檢查要點(diǎn)、檢測標(biāo)準(zhǔn)和修理程序，大大減少了發(fā)動機(jī)的非計劃停場的維護(hù)周期、運(yùn)營成本，為發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)的可靠性和飛機(jī)安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障。