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航空发动机为什么要做强度试验

时间:2022年06月28日   来源:《大飞机》杂志
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  航空发动机研制技术是一个国家航空工业发展的重要指标,是国家科技、工业综合实力的体现,其重要性不言而喻。今天,我们来讲一讲航空发动机研制过程中必不可少的一环——航空发动机强度试验。

  航空发动机结构紧凑复杂,且长期暴露于高温、高压、高速旋转和复杂振动等严酷环境下,因此,发动机强度试验挑战巨大。任何一台航空发动机正式服役前,必须通过各种试验,对其性能、功能、强度及可靠性进行充分验证。只有经历了各种磨砺之后,才能作为一颗强劲而可靠的“心”推动飞机翱翔蓝天。

  “航空发动机是试出来的!”已经成为业内共识。那么,航空发动机强度试验都有哪些项目呢?从航空发动机各组成部分的试验来分类,可分为全台发动机的整机试验和部件试验,整机试验一般也称为试车,包括整机地面试验、高空模拟试验、环境试验和飞行试验等。部件试验主要有:进气道试验、压气机试验、燃烧室试验、加力燃烧室试验、尾喷管试验、附件试验以及零组件的强度、振动试验等。

  如果将一台发动机的设计看作是一个足球队的训练和培养,那么部件试验就相当于对每个队员能力的测试。其中部件性能测试相当于队员足球技术和基本功的测试,如带球、控球、传接球能力等;而零组件的强度、振动试验就相当于队员的体能测试;发动机的各类整机试验则相当于全队的各种教学或模拟比赛,通过“比赛”来暴露和解决问题,而发动机一旦正式投入使用,就好比到了正式的比赛场上。“平时多流汗,赛时少流泪”,正如严格训练才能取得好成绩一样,只有以大量的试验为基础,才能保证发动机的各项指标满足设计要求,成为一个合格的产品。

  航空发动机在保证其飞行性能的情况下,大家最关心的就是安全可靠性方面的问题,结构强度是保证安全可靠性的重要因素。那么,发动机结构强度又包括哪些内容呢?发动机结构强度研究主要是通过强度理论和试验测试两方面,研究发动机结构设计是否合理,是否可以在预定工作寿命周期内承受使用载荷而不失效,同时发现结构薄弱环节或危险部位,在使用中进行强度监控,在失效后进行失效分析,为结构选材、设计、制造和使用提供依据。

  开展发动机结构强度研究,首先需要从发动机部件结构的工作环境出发,明确作用在结构上的载荷性质、大小与分布状态;进而通过强度分析和试验研究结构在复杂载荷作用下的响应是否满足强度设计要求,对发动机限寿件还需要采用疲劳理论分析和疲劳试验相结合的方法验证其疲劳性能是否满足要求。可以说,发动机结构强度研究是以强度理论为基础、以试验技术为手段的“载荷-响应-强度-寿命”综合研究体系。

  近年来,中国飞机强度研究所航空发动机强度研究团队秉承“大强度、新强度、数字强度”的发展理念,凭借强度所在飞机结构强度、试验和研究领域的丰富经验,针对发动机结构的特殊性,发展形成了发动机部件强度试验与分析,发动机短舱消声与吊挂隔振技术等多个发动机结构强度研究方向。目前已具备发动机主轴、盘、叶片及机匣等关键部件的静力、疲劳、冲击、损伤容限、热强度等方面的分析与试验能力,具备短舱声学与吊挂减振等飞发匹配设计与试验能力。提升了发动机部件在接近发动机真实工况的复杂综合环境下的强度分析与试验能力。

  在标准规范更新方面,强度所在前期积累的发动机部件强度试验经验的基础上,补充完善了多个发动机部件强度试验标准规范。目前,强度所承担了多项发动机强度相关研究课题,而且与各大发动机主机院所建立了稳定的合作关系,参与了多项我国在研发动机型号相关预研任务,承揽并完成了一批发动机部件强度验证试验。为国家重点型号试验与技术研究提供了基础支撑,为我国的航空事业快速发展起到积极作用。

  目前,强度所正分别在上海和阎良建设民用和军用航空发动机强度试验室,建设内容涵盖轮盘超转破裂、机匣高温高压强度、发动机主轴类部件强度、安装系统减振性能试验、短舱消声性能试验、叶片高低周复合疲劳、叶片-涂层机匣碰摩、叶轮综合载荷-响应、旋转鸟撞等方面的试验验证能力,开发更接近发动机真实工况的复杂载荷模拟技术和更先进的测试技术,提升发动机部件强度试验综合能力,为我国自主研制航空发动机型号提供试验技术支撑。

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