谈航空发动机的首翻期寿命问题
我国自行研制的某型航空发动机,经过十多年的探索,已完成了论证、方案阶段,现已开始
工程研制,并完成了飞行前规定试验(PFRT),已有x x台发动机装上飞机进行飞行试验,即
将进入设计定型(QT)阶段。空军对该新机提出了首次翻修期(简称首翻期)的寿命要求,这是
过去我国航空发动机研制进程中尚未碰到过的新问题。新研制的发动机,怎样定义翻修寿命。
如何进行寿命管理是研制新机后阶段必须研究解决的重要环节之一,笔者根据以往研制工作
中所了解的情况及国外的资料,对此提出一些建议,供领导和同行研究参考。
一、国外航空发动机的先进寿命管理方法
美国在发动机寿命管理工作上,花费了大量的人力和资金,调查多种发动机在外场使用
的故障,总结了飞机在使用飞行中载荷变化对发动机寿命的影响,并于1984年制订了发功机
寿命管理规定:
研制单位应提供数据库、发动机监视装置和故障分析方法,以便空军能够开展需要的寿命
管理工作,并要求包括修订的强度和寿命分析,结构维修计划,实际使用任务记录,包括单台发
动机记录在内的关键件跟踪系统。
为了做好发动机寿命管理上作,还要求对发动机零部件进行寿命管理:要求制订一份零部
件的结构维修计划;记录建立发动机使用用法,任务循环所需要的参数;向飞机数据记录系统
提供发动机信号;每台发动机必须装有记录发动机零件结构限制参数的计数器;并制定一份关
键零件跟踪计划等科学规定。这些规定以断裂力学与损伤容限寿命设计为依据,是较先进的
寿命管理方法。
二、航空发动机寿命管理的演变过程
航空发动机的寿命管理随着科技的发展,经历了早期初级方法到近代较为科学的发展过
程。我国空军向研制单位提出某新机的首翻期为x x x小时,是沿用了我国在50年代仿制前
苏联老机种的寿命管理方法提出来的。它是以材料静强度设计为依据,以规定发动机的翻修
寿命、翻修次数来规定发功机的总寿命,以整机试车和领先使用的方法来确定发动机的寿命。
70年代以后.前苏联逐渐取消了用持久试车来定总使用寿命和翻修时限的概念,代之以使用
的主要零部件寿命,以工作小时和循环次数来表示发动机寿命;或根据使用条件同时规定使用
时限和循环次数,两者只要一个达到规定值,该零部件和整机就算达到总寿命。我国购买的法
国阿赫耶(wz—8)发动机所规定的寿命,就属此例。
我国80年代研制的发动机,昔采用上述定寿方法,还不具备条件。我国研制的发动机,贯彻
国军标
(GJB24l一87涡喷涡扇发动机通用规范,它是以美国MIL—E一5007D通用规范为蓝
本编制的。规范要求从材料、零部件到整机,按不同要求、不同的部件设计任务循环与零部件
和整机的试验验证相结合的方法,进行发动机结构强度设计和寿命管理。但是,当初制订新机
研制经费计划时,没有预先安排发动机寿命管理的研制费用,也没有考虑为寿命管理计划做技
术准备。因而,发动机的寿命管理方法就需要根据我国现实条件寻可以借鉴的先例,使此工
作少走弯路。
三、可借鉴英国斯贝MK202发动机的寿命管理方法
我国于70年代中期从英国罗·罗公司购买了斯贝MK202发动机生产专利,据该公司提
供的资料得知该发动机的寿命管理与美国70年代初规定的方法相类似,水平也相当。斯贝
MK202发动机定寿延寿的原则主要是:寿命设计以循环疲劳与持久/蠕变理论为依据,采用以
零部件设计任务循环与整机和零部件试验验证相结合的方法,并通过部队领先使用来确定发
动机的翻修寿命。
罗·罗公司向用户(空军)要求共同制定包括领先使用(fleet leader)发动机在内的飞行试验
计划。所谓“领先使用”是根据需要指定少量发动机在使用时间上领先,以鉴别发动机在飞机
上随使用时间的增加而出现的技术状况的变化,并进行跟踪检查鉴定,结合地面试验情况,视
情确定翻修寿命。
罗·罗公司制订的首翻期寿命的步骤如下:
1)新研制的发动机通过150小时定型持久试车后,从中抽取部队领先使用,暂先定使用翻修寿命为150小时。
2)从领先使用到150小时翻修寿命的发动机中抽回第l台和第2台,将两台发动机返回
研制单位,用第1台发动机做详细分解检查,用第2台发动机在试车台上进行规定小时的试车
后,进行大件分解检查。如这两台发动机末发现异常故障,则将在部队领先使用的发动机,首
翻期寿命延长到300小时,并将第2台发动机返回部队,继续参加领先使用。
3)在部队领先使用到300小时的发动机中抽取第3台和第4台,返回研制单位,用第3台
作详细分解检查,用第4台发动机在试车台做规定小时的试车,及大件分解。如发现有故漳,
则立即排除故障,修改设计,再行试车,按照发动机故障排除程序进行工作、发更改单、更换故
障件。将在部队领先使用的发动机首翻期延长到450小时,将第4台发动机更换故障件后退
回部队,继续参加领先使用,依此每次延寿为150小时。
4)照此做法,直到发现故障。若难以及时排除故障,则降低150小时翻修寿命,作为该型
发动机的首翻期寿命。最后该机首翻期寿命定为850小时,同时发动机经
过领先使用后
制新机有了成熟期,提高了可靠性。
以上的数据是根据该机种的情况而定的,延寿时间应根据具体条件来确定。
1)发动机的寿命管理是我国发动机研制中出现的新问题,请总公司领导向总参、国防科工
委上级领导请示,并与空军领导研究,如何开展好这项工作。
2)由于寿命管理所需经费,在过去研制经费计划中并未被包括进去。当务之急是补作寿
命管理经费计划报批,以便不延误发动机寿命管理工作的开展,发动机设计定型创造条件。
3)为了得到新发动机的首翻朗寿命,应制订包括发动机领先使用在内的寿命管理计划。
发动机零部件
除了经费需要落实外,研制单位需要做大量的技术准备工作,更需要空军在外场领先使用的配
合安排,改进维护制度,提高维护水平。故建议与空军共同制订新发动机的寿命管理计划,及
时安排发动机领先使用,共同来实施这项计划。
上述发动机寿命管理方法,虽然是国外70年代的旧方法,但这与我国当前技术和管理水
平很相近,经过努力,很有成功的希望,待打下基础后,再上先进的全寿命管理的台阶就有可
能。
发表日期:1996年12月