发动机空中停车的故障分析与预防措施

一、概述自从涡喷涡扇发动机使用以来,空中停车的故障始终没有间断过。这是因为发动机零部件经常在高温高负荷下工作,且其结构日趋复杂,对工艺、材料水平的要求不断提高。而目前的设计、工艺、材料、管理和使用水平还不能完全保证其可靠性和耐久性要求。特别是对发动机进行重要考核的耐久性试验还是采用几十年前就已经采用的150小时持久试车,面对日益变化的飞机使用要求,即使在试车程序安排、发动机功率分配、进气状态变换、油门移动方式以及发动机温度负     

提高航空发动机可靠性的途径

航空发动机可靠性问题的特征之一是综合性和多重性。为提高航空发动机寿命及可靠性,降低故障率,应在设计过程中确保较高的固有可靠性,并在加工制造过程中保证其质量和可靠性;同时,应通过大量部件试验及整机试车验证其可靠性。在使用及维护过程中,保持其可靠性。     

提高航空发动机可靠性的几种措施

飞机发动机的结构极为复杂,尤其是在不断提高推重比及提高主要循环参数一工作介质的温度和压力及使用先进的控制技术情况下,使得解决航空发动机的可靠性保证问题非常困难.为了提高发动机固有可靠性,需采用较好的、先进的设计方法,先进的工艺方法,好的材料等,以及完善的试验手段与试验技术等,本文介绍了国外一些典型的发动机在研制、发展过程中采取的一些提高可靠性的措施,归纳为以下几个方面.     

现代全尺寸军机机体结构耐久性试验要求和方法

对于金属飞机机体结构,开展全尺寸结构耐久性试验主要目的是：验证紧固孔原始疲劳质量控制效果;验证经验寿命是否超过使用寿命,在使用寿命期内是否会出现功能性损伤;为最终给出满足可靠性符合性判据要求的使用寿命（包括飞行小时与飞行次数）提供依据。在探讨全尺寸飞机机体结构耐久性试验原理基础上,形成便于工程实施的耐久性要求和方法。同时涉及在完成耐久性试验的全尺寸机体结构上开展验证民飞机服役日历使用寿命的试验要求和方法。     

民用航空发动机R＆M技术

介绍了当今西方世界三大发动机公司在研制新型发动机中采用的提高发动机可靠性、维修性、耐久性及经济性的设计、分析及试验技术和方法。如采用并行工程，发展衍生型发动机，采用Ｒ＆Ｍ设计与分析技术，严格进行整机振动试验、航线耐久性试验……，贯彻发动机结构完整性大纲等。     

涡扇发动机起动机辅助空中起动方案设计和试验

研究和设计了涡扇发动机起动机辅助空中起动方案,进行了起动机辅助空中起动的地面试验、高空台试验和飞行验证试验.试验结果表明:起动机辅助空中起动能扩大涡扇发动机的空中起动包线,能提高飞机空中停车后进行空中起动的可靠性,保证飞机的安全飞行.      

航空发动机可靠性试验方法研究

在分析航空发动机相关标准的基础上,对发动机在研制过程中零部件和整机试车、试飞项目及其考核目的进行研究。对试验进行了分类,提出了开展极限/强化试验的必要性;以故障模式及失效机理分析为依据,阐述了发动机在研制过程中成附件可靠性极限/强化试验的方法、应用原则及效果,并针对高周疲劳、性能稳定性和耐久性等考核重点梳理了整机可靠性试验的条件和载荷设计要求,提出了整机可靠性试验载荷谱选用建议。     

关于新版综合高性能涡轮发动机技术计划——兼谈航空发动机研制中“基础技术”和“验证机”的重要作用

1 两项研究计划使涡轮发动机的发展如虎添翼 由于飞机对发动机性能的要求愈来愈高,采用常规方法研制涡轮发动机已远远不能满足飞机的要求。1988年,美国制定了综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划,目前已在提高发动机性能、可靠性、耐久性和缩短发动机研制周期方面取得了明显的成效。20世纪末,为了继续保持空中优势,美国国防部在总结IHPTET计划经验的基础上又制定了它的延续计划——经济可承受的多用途先进涡轮发动机(VAATE)计划。     

发动机的使用和维护管理

由于航空发动机结构复杂,可靠性高,寿命长,所以要求用户在发动机使用过程中应使用好、维护好发动机。以保持发动机所固有的可靠性水平,尽量延长发动机在飞机上的安装寿命（或两次大修之间的时间）;延缓发动机的性能衰退。从而,降低发动机的使用成本,提高航空公司的经济效益。一、从发动机使用的角度来看现代航空发动机是由多个单元体组成的,每个单元体的寿命都会影响整个发动机的寿命。尤其是一些在外场无法更换的单元体,其故障后发动机就得换发。在组成发动机的这些单元体中,涡轮部件的工作环境最恶劣,尤其是高压涡轮喷嘴环和高…     

飞机结构疲劳断裂可靠性学术讨论会征文

中国航空学会结构设计与强度专业委员会疲劳断裂可靠性学组与航空航天工业部“AFFD”系统工程将于1990年4月联合召开飞机结构疲劳断裂可靠性学术讨论会。征文内容:(1)飞机结构耐久性设计分析与试验技术;(2)飞机典型结构寿命与可靠性综合治理;(3)飞机结构可靠性评估与试验技术;(4)磨蚀疲劳损伤分析与防护;(5)腐蚀疲劳损伤分析与防护;(6)飞机结构裂纹扩展与止裂技术;(7)抗疲劳断裂强化技术及残余应力;     

航空发动机结构系统的可靠性模型

为使航空发动机可靠性模型误差更小,对航空发动机传统可靠性模型进行误差分析,指出可靠性指标扩张的原因,建立了考虑航空发动机结构系统及其失效力学特征的基于结构系统失效模式的航空发动机可靠性模型,并给出了各层的可靠度计算方法.所建立的基于失效模式的航空发动机结构系统可靠性模型考虑了失效模式的相对独立性、时效性和失效率的时变性,可以避免重要失效模式的遗漏、可靠性指标的过度扩张等问题,具有较强的工程适用价值.      

基于模糊积分的航空发动机MTBF动态评估方法

针对传统评估方法无法解决航空发动机可靠性评估的滞后问题,采用模糊积分方法建立航空发动机动态可靠性评估模型.引入故障强度因子,建立降半正态型分布的故障强度因子函数表示故障纠正过程.通过故障强度因子得到模糊密度,采用Choquet模糊积分方法融合发动机各阶段可靠性指标,解决了航空发动机可靠性指标的动态评估问题.对在研的某小型涡扇发动机进行了应用研究,结果表明采用Choquet模糊积分数据融合方法进行动态评估能考虑到不同阶段故障数据的重要性,对发动机当前的可靠性水平能给予更加科学的评价.      

基于模糊粗集的航空发动机特征参数提取算法

提取发动机性能状态的特征参数,是提高发动机故障识别正确率和可靠性的必要条件.针对实际航空发动机故障参数所具有的模糊和连续性特点,提出了一种基于模糊粗糙集的特征参数提取算法,并应用到某型航空发动机故障识别.研究结果表明:属性约简的核则为导致发动机故障的特征参数,以此特征参数进行故障诊断,可保证较高的诊断精度;同时,该算法的抗干扰性提高了整个系统故障识别的正确率.该算法可用于航空发动机故障分类、故障诊断以及状态监控.      

基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性分析

针对不同失效模式的特点,利用航空发动机状态监测信息,分别采用Gamma过程、Wiener过程和Weibull分布建立可靠性分析模型.采用贝叶斯模型平均（BMA）方法,分析不同失效模式对可靠性影响,对航空发动机可靠性进行集成分析.通过算例跟踪某在翼航空发动机可靠性水平,基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性模型的计算误差率低于单一可靠性分析模型,计算结果误差率低于1%.说明多模型集成可靠性技术在复杂系统运行可靠性分析中的有效性和准确性.      

航空发动机附件试验研究

针对航空发动机附件外场使用可靠性不高现象,分析附件研制过程中存在的问题和原因。通过对航空发动机通用规范及型号规范中附件试验要求的梳理和分析,重点讨论模拟工作试验、规范没有明确规定的单项试验和新增的可靠性维修性试验要求,提出新研发动机附件试验的一般要求,并结合某型发动机附件结构、功能及发动机型号特点,给出发动机附件研制试验计划。对新研航空发动机附件可靠性工作的开展、鉴定试验项目规划和方案的确定具有指导和借鉴意义。     

Reliability analysis of aero-engine blades considering nonlinear strength degeneration

To comprehensively consider the effects of strength degeneration and failure correlation, an improved stress-strength interference (SSI) model is proposed to analyze the reliability of aeroengine blades with the fatigue failure mode. Two types of TC4 alloy experiments are conducted for the study on the damage accumulation law. All the parameters in the nonlinear damage model are obtained by the tension-compression fatigue tests, and the accuracy of the nonlinear damage model is verified by the damage tests. The strength degeneration model is put forward on the basis of the Chaboche nonlinear damage theory and the Griffith fracture criterion, and determined by measuring the fatigue toughness during the tests. From the comparison of two kinds of degeneration models based on the Miner’s linear law and the nonlinear damage model respectively, the nonlinear model has a significant advantage on prediction accuracy especially in the later period of life. A time-dependent SSI reliability model is established. By computing the stress distribution using the finite element (FE) technique, the reliability of a single blade during the whole service life is obtained. Considering the failure correlation of components, a modified reliability model of aero-engine blades with common cause failure (CCF) is presented. It shows a closer and more reasonable process with the actual working condition. The improved reliability model is illustrated to be applied to aero-engine blades well, and the approach purposed in this paper is suitable for any actual machinery component of aero-engine rotor systems.     

航空发动机可靠性研究及提高途径的探讨

可靠性理论是航空领域应用相当广泛的基础理论.航空发动机可靠性问题的特征之一是综合性和多重性.本文通过分析组成航空发动机系统之间的相互关系,确定影响可靠性的因素;运用概率论和数理统计知识论述了发动机常见故障的分布形式以及故障归属的类型,从设计、加工制造等方面探讨提高航空发动机寿命及可靠性,降低故障率.     

航空发动机分布式控制拓扑结构优化方法

以控制系统的质量和可靠性为目标,采用基于遗传算法的改进NSGA(non-dominated sorting genetic algorthm)-Ⅱ对航空发动机分布式控制系统的网络拓扑结构进行优化设计.针对可靠性评估方法存在的不足,提出一种用于评估一般网络结构可靠性的方法.结果表明:随着加入的环形节点的增加或基本回路数目增加,系统的质量和可靠性都逐渐增大,但当基本回路数目大于2时,系统的质量会快速增加而可靠性则没有明显变化.因此,在系统质量和可靠性的综合影响下,航空发动机网络拓扑结构中的基本回路数应尽可能不大于2.      

基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣是航空发动机安全的关键部件,但是其具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式：强度失效以及刚度失效建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging 代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明：涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。     

航空发动机叶片丢失问题研究综述

对近年来航空发动机叶片丢失问题的研究进展进行了综述.简述了叶片丢失过程相关的力学问题,重点探讨了叶片丢失激励下转子和整机结构系统的瞬态动力特性以及持续生存能力方面的力学机理、数值仿真和试验研究成果,包括叶片丢失过程中的载荷及力学行为、整机动力学建模和求解技术、整机和机理性的试验研究等.研究表明:对于恶劣载荷环境下复杂结构系统,需要以整机系统为研究对象并考虑载荷时效特征,通过结构和动力学安全性设计策略提升结构完整性和可靠性.