航空發(fā)動機典型故障分析報告

1、目 錄第1章緒論1、1發(fā)動機概述21、2可靠性與故障21、2、1可靠性21、2、2故障21、2、3故障分析與排故方法3第2章壓氣機喘振故障分析2、1概述52、2喘振時的現(xiàn)象52、3喘振的根本原因52、4壓氣機的防喘措施6第3章壓氣機轉(zhuǎn)子葉片故障分析3、1概述93、2壓氣機轉(zhuǎn)子葉片受環(huán)境影響的損傷特征與有關(guān)安全準則與標準93、3壓氣機轉(zhuǎn)子葉片故障模式及其分析103、3、1 WP7系列壓氣機轉(zhuǎn)子葉片現(xiàn)行檢查標準（含判廢標準）103、4 WP7系列報廢葉片主要失效模式統(tǒng)計分析12第4章發(fā)動機篦齒盤均壓孔裂紋故障分析及預(yù)防4、1概述144、2篦齒盤結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)分析144、2、1結(jié)構(gòu)分析144、2、2

2、工作狀態(tài)分析144、2、2、1工作溫度高144、2、2、2工作轉(zhuǎn)速高144、2、2、3易產(chǎn)生振動144、3 裂紋特征與產(chǎn)生原因分析154、3、1裂紋特征154、3、2裂紋原因分析154、4 結(jié)論16結(jié)束語17致謝18文獻19第1章緒論1、1發(fā)動機概述二十世紀以來，特別就是第二次世界大戰(zhàn)以后，航空與空間技術(shù)有了飛躍的 發(fā)展?，F(xiàn)在，飛機已經(jīng)成為一種重要的、不可缺少的作戰(zhàn)武器與運輸工具。飛機 的飛行速度、高度、航程、載重量與機動作戰(zhàn)的能力，都已達到了相當高的水平。這些成就的取得，在很大程度上取決于動力裝置的發(fā)展。 然而,航空發(fā)動機屬 于高速旋轉(zhuǎn)式機械，處于高轉(zhuǎn)速、高負荷（高應(yīng)力）與高溫環(huán)境下工作的；

3、發(fā)動機 就是飛機的心臟，就是體現(xiàn)飛機性能的主要部件。又由于發(fā)動機由許多零組件構(gòu) 成，即本身工作情況與外界環(huán)境都十分復(fù)雜，使發(fā)動機容易出現(xiàn)故障，因此航空發(fā) 動機屬于多發(fā)性故障的機械。經(jīng)過多年的努力，在航空領(lǐng)域工作的研究人員已經(jīng) 了解與解決了發(fā)動機許多故障，然而,一些故障還就是無法完全解決的，只能盡量 減少故障對飛機的危害。本論文列舉出發(fā)動機幾種典型故障，并且盡可能的根據(jù) 科學研究數(shù)據(jù)來研究分析這幾種故障，給出科學的預(yù)防故障與排故方法。1、2可靠性與故障1、2、1可靠性產(chǎn)品在規(guī)定的條件下與規(guī)定的時間內(nèi) ，完成規(guī)定功能的能力為產(chǎn)品的可靠 性。所謂產(chǎn)品，就是指任何元器件、零部件、組件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系

4、統(tǒng)。規(guī)定 條件主要指環(huán)境條件與使用條件，如產(chǎn)品在工作中所承受的應(yīng)力水平、溫度、振 動與腐蝕環(huán)境等。規(guī)定時間就是指廣義時間，除產(chǎn)品的工作小時外，還可指其循環(huán) 次數(shù)等。1、2、2故障產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)定功能的事件或狀態(tài)。對某些產(chǎn)品如電子元器件、彈藥等稱失效。產(chǎn)品的故障：a、在規(guī)定的條件下,不能完成其規(guī)定的功能；b、在規(guī)定的條件下，一個或幾個性能參數(shù)不能保持在規(guī)定的范圍內(nèi)；c、在規(guī)定的應(yīng)力范圍內(nèi)工作時，發(fā)生產(chǎn)品的機械零部件、結(jié)構(gòu)件或元器件 的破裂、斷裂、卡死等損壞狀態(tài)，從而導致產(chǎn)品不能滿足其規(guī)定功能。故障率：指工作到時刻t尚未發(fā)生故障產(chǎn)品，在該時刻后的單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概 率。為

5、產(chǎn)品可靠性的一種基本參數(shù)。故障率可分為：均故障率與瞬時故障率兩種，其定義分別為：平均故障率就是在規(guī)定的條件下與規(guī)定的時間內(nèi) ，產(chǎn)品的故障總數(shù)與壽命rr -ti單位總數(shù)之比，用 表示。 =i 1（1 /壽命單位*）式中:r 一故障總數(shù)ti 第i個產(chǎn)品發(fā)生故障前的壽命單位時故障率就是在規(guī)定的條件下，工作到某時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品，在該drt時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。用t = Nst dt式中：Nst 一到t時刻尚未發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)drt -t時刻后dt時間內(nèi)故障的產(chǎn)品數(shù)故障類別：從總體結(jié)構(gòu)上將故障分為：性能故障、結(jié)構(gòu)強度故障與附件系統(tǒng)故障。性能故障：多表現(xiàn)在發(fā)動機推力下降、轉(zhuǎn)速擺動、耗油率過

6、高、排氣溫 度高、空中熄火與放炮等現(xiàn)象。其故障比例約占航空發(fā)動機總故障的10%20%。性能故障多表現(xiàn)在發(fā)動機研制的早期，易于在廠內(nèi)試車或出廠前發(fā)現(xiàn)與排除。 有時發(fā)動機老化也出現(xiàn)性能故障，屬于壽命后期的耗損故障。 結(jié)構(gòu)強度故障：結(jié)構(gòu)強度故障反映的方面極廣，類型眾多，且往往后果嚴 重。大體上有強度不足而破壞與損傷，高周疲勞，低周疲勞，熱疲勞損傷，蠕變與疲 勞交互作用損傷現(xiàn)象等。這些故障構(gòu)成發(fā)動機主要故障事件，約占發(fā)動機總故障的60%80% ,故障 比例相當高，對發(fā)動機的安全構(gòu)成主要威脅。 附件系統(tǒng)故障：由于組成附件系統(tǒng)的零、組件形式比較多，其中有電子元 器件、機械元器件、外購成品與器件等。故其故障

7、現(xiàn)象 ，將依其各自特點進行分 析。1、2、3故障分析與排故方法。發(fā)動機故障分析與排故方法都有其一定規(guī)律與內(nèi)在聯(lián)系，通?？刹捎靡韵碌?步驟與方法，如圖1-1所示。圖1-1故障分析與排故方法 故障史調(diào)研。零組件發(fā)生故障，首先要對該零組件原始設(shè)計情況進行查 閱、調(diào)查研究。查瞧就是否存在有不合理的設(shè)計現(xiàn)象 ，就是否存在潛在缺陷。查 瞧其使用狀態(tài)與使用環(huán)境等，同時了解該零件的故障歷史、發(fā)生頻率等內(nèi)容。 故障現(xiàn)場調(diào)研。對故障現(xiàn)場進行周密調(diào)研、記錄并研究其故障現(xiàn)象、使 用條件與使用環(huán)境。除對故障件進行詳細現(xiàn)場現(xiàn)象記錄外 ，應(yīng)保護好故障件及其 相關(guān)件。還應(yīng)對操作人員（駕駛員）進行調(diào)查，記載故障發(fā)生前后的情況，

8、了解人 為因素的影響性質(zhì)。 材質(zhì)與金相分析。對故障的材質(zhì)進行查對，檢查該零件生產(chǎn)批次、力學 特性、加工質(zhì)量與零件的儲存情況等。故障件的金相分析就是十分重要的，通過金相分析可以決定該故障屬何種模式與性質(zhì)，如強度不足斷裂，或高、低循環(huán)疲勞 斷裂等。 故障再現(xiàn)試驗分析。零件故障除對偶然性故障不作故障再現(xiàn)分析外，為進行故障機理研究，對重復(fù)出現(xiàn)的故障必須進行故障再現(xiàn)試驗。 故障機理理論分析。故障機理的理論分析就是故障分析與排良好的效 故障機理的試驗研究。故障機理的試驗研究與故障機理的理論研究就是 故障分析中兩項并行的重要工作。故障機理的試驗研究就是以一定的試驗方法，研究故障發(fā)生的原因、條件與 現(xiàn)象。與理

9、論研究并行以確定故障性質(zhì)。 故障機理試驗研究可對故障件單獨進行 等效試驗，或在專門的試驗裝置上進行模擬、等效試驗，也可在發(fā)動機整機地面試 車狀態(tài)進行等效模擬與真實環(huán)境下的試驗。這就是一項比較復(fù)雜，但很有實效的試驗工作。 排故措施與隔離措施。故障排除措施與隔離措施就是故障分析的后期工 作，當故障原因得以解釋或找到后，依其機理與現(xiàn)象，采取相應(yīng)排故措施。排故措施依故障機理不同而異。例如對強度不足引起的故障，只需改變零件 結(jié)構(gòu)設(shè)計、可滿足排故要求。如零件屬共振疲勞，則可改變零件的固有頻率，即從 調(diào)頻措施的內(nèi)因或改變激振頻率的外因兩方面著手 ，目的就是要避開共振狀態(tài)。 改善后的實施考核。經(jīng)故障分析提出排

10、故措施后 ，還需裝機進行實地考 核，或進行發(fā)動機的飛行考核。經(jīng)過排故的零件，一般情況下故障不會再出現(xiàn)，其 可靠性提高。但有些不恰當?shù)呐殴蚀胧┓炊鴷蛊淇煽啃越档停@樣就得重新研 究進行改進。所以說排故過程就是產(chǎn)品可靠性增長的試驗過程。 效果分析與使用信息反饋。經(jīng)排故后的零件投入使用考核，要及時分析其使用效果，好則使用，否則還需要進一步改進。故障分析與排故中的所有反饋資 料都十分寶貴，為該項產(chǎn)品或同類產(chǎn)品積累了經(jīng)驗與教訓，可供新產(chǎn)品設(shè)計、老產(chǎn) 品改進參考。航空發(fā)動機零組件的故障分析與排故就是一項系統(tǒng)工程，有著嚴密的科學性、現(xiàn)實性、實用性與經(jīng)濟性，就是可靠性、安全性分析中的重要環(huán)節(jié)之一。第二章壓氣

11、機喘振故除分析2、1概述喘振就是氣流沿壓氣機軸線方向發(fā)生的低頻率、高振幅的振蕩現(xiàn)象。這種低頻率高振幅的氣流振蕩就是一種很大的激振力來源，它會導致發(fā)動機機件的強 烈機械振動與熱端超溫，并在很短的時間內(nèi)造成機件的嚴重損壞 ，所以在任何 狀態(tài)下都不允許壓氣機進入喘振區(qū)工作。2、2喘振時的現(xiàn)象發(fā)動機的聲音由尖哨轉(zhuǎn)變?yōu)榈统?；發(fā)動機的振動加大；壓氣機出口總壓與 流量大幅度的波動；轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，推力突然下降并且有大幅度的波動；發(fā)動機 的排氣溫度升高，造成超溫；嚴重時會發(fā)生放炮，氣流中斷而發(fā)生熄火停車。因 此，一旦發(fā)生上述現(xiàn)象，必須立即采取措施，使壓氣機退出喘振狀態(tài)。反推力裝 置使用不當，會造成超溫；當飛機滑跑

12、速度很低時，反推力裝置仍在工作，則會 造成排出的燃氣又重新被吸入發(fā)動機，從而會造成喘振。喘震就是表象，大多數(shù) 的情況可以說成因就是氣流分離,更確切的說就是附面層分離(boundary layer separation )、誘發(fā)附面層分離的原因，在進氣道喘振中，最重要的原因就是攻角 太大，導致氣流在進氣道的唇部發(fā)生分離，為避免這種分離現(xiàn)象發(fā)生，大家可以瞧 到大型民用渦扇發(fā)動機的進氣道表面內(nèi)襯上有凹坑，就就是為了把LAMINA附面層轉(zhuǎn)化為Turbulence附面層，讓附面層能夠更常時間的粘在內(nèi)壁上。在壓氣機 喘振中，主要就是激波誘發(fā)的附面層分離，這個比較復(fù)雜，但就是可以通過對扇頁 形狀的設(shè)計與使用

13、增加附面層能量的各種方法去避免。發(fā)動機防喘系統(tǒng)故障，試車時尾風過大，油門運動過快，壓氣機葉片損傷。一句話就就是各氣流因為壓力的 關(guān)系在進氣口或都壓氣機部分來回的不規(guī)擇的涌動，并帶動了激動切線在唇口與壓氣機前緣浮動.還有就就是不正常的油氣比，啟動功率低，場溫過高；滑行時，如 果低速度滑行，打開反推裝置也會造成壓氣機喘振。2、3喘振的根本原因由于氣流攻角過大，使氣流在大多數(shù)葉片白葉背處發(fā)生分離、br喘振的物 機理過程就是：空氣流量下降，氣流攻角增加，當流量減少到一定程度時，流 入動葉的氣流攻角大于設(shè)計值,于就是在動葉葉背出現(xiàn)氣流分離，流量下降越多, 分離區(qū)擴展越大，當分離區(qū)擴展到整個壓氣機葉柵通道

14、時，壓氣機葉柵完全失 去擴壓能力，這時，動葉再也沒有能力將氣流壓向后方，克服后面較強的反壓， 于就是，流量急劇下降，不僅如此，由于動葉葉柵失去擴壓能力，后面高壓氣 體還可能通過分離的葉柵通道倒流至壓氣機的前方，或由于葉柵通道堵塞，氣流瞬時中斷，倒流的結(jié)果，使壓氣機后面的反壓降得很低，整個壓氣機流路在這一瞬間就變得“很通暢”，而且由于壓氣機仍保持原來的轉(zhuǎn)速，于就是瞬時大 量氣流被重新吸入壓氣機，壓氣機恢復(fù)“正常”流動與工作，流入動葉的氣流由 負攻角很快增加到設(shè)計值,壓氣機后面也建立起了高壓氣流，這就是喘振過程 中氣流重新吸入狀態(tài)。然而，由于發(fā)生喘振的流路條件并沒有改變，因此，隨著 壓氣機后面反壓

15、的不斷升高，壓氣機流量又開始減小，直到分離區(qū)擴展至整個 葉柵通道，葉柵再次失去擴壓能力，壓氣機后面的高壓氣體再次向前倒流或瞬 時中斷，如此周而復(fù)始地進行下去。2、4壓氣機的防喘措施由于壓氣機的設(shè)計就是根據(jù)設(shè)計點的氣動參數(shù)進行設(shè)計的 ，當工作狀況偏離 設(shè)計點時，各級的速度三角形也與設(shè)計點的不同，也就就是非設(shè)計點參數(shù)與壓氣 機的幾何形狀不協(xié)調(diào)。這就是各級的流量系數(shù)大大地偏離了設(shè)計值，從而造成攻角過大或者過小，于就是就產(chǎn)生了喘振或者堵塞。防止壓氣機喘振的措施，主要就 是如何使壓氣機各級在非設(shè)計狀態(tài)下，都能夠保持與壓氣機幾何形狀相適應(yīng)的速 度三角形，也就就是就是攻角不要過大或過小。改善的途徑一方面從氣

16、動設(shè)計著 手，另一方面就是增加調(diào)節(jié)機構(gòu)，就是壓氣機葉片或者流路的幾何形狀能夠隨著 工作狀況而改變，以便適應(yīng)參數(shù)不同的工作狀況。目前，在增設(shè)可調(diào)機構(gòu)的措施方 面，經(jīng)常采用的方法有下列幾種。壓氣機中間級放氣現(xiàn)在簡述一下從壓氣機中間級放氣以排除喘振的機理。當打開放氣系統(tǒng)時，由于減少了空氣流路的阻力，所以位于放氣系統(tǒng)之前的壓氣機級的空氣流量就增 加了。因而前面級的軸向速度就增大，氣流攻角減少，從而避免了發(fā)生喘振而保持 穩(wěn)定工作。由圖1-2所示的第一級特性可見,由N點變到M點。止匕外，放氣系統(tǒng)后 面的各級空氣流量都由于放氣而減少，于就是氣流攻角增加，使其脫離堵塞狀態(tài), 由N點變到M點工作。因此，放氣的后

17、果就是使前后各級都朝著有利的工作狀態(tài) 變化，使工作協(xié)調(diào)，從而大大改善了壓氣機的特性，保證了發(fā)動機安全可靠地工 作。圖1-2放氣機構(gòu)防喘原理示意圖中間放氣防喘的方法機構(gòu)簡單，在增壓比小于10的多級軸流式壓氣機中效果 很好。除放氣防喘之外，還可以減少發(fā)動機起動時的起動功率。但就是有一個很 大的缺點，就就是將1525%的壓縮空氣放掉而沒有利用。 這就意味著供給壓氣 機的一部分機械能，白白地被浪費掉，結(jié)果使得放氣時發(fā)動機推力減少，燃油消耗 率增大，渦輪前溫度升高。由于放氣的采用，引起放氣截面上氣流的重新組織，并 且可能發(fā)生局部氣流分離與葉片振動。這就需要在設(shè)計放氣機構(gòu)時加以注意。為 了防止上述現(xiàn)象的產(chǎn)

18、生，可以加大放氣孔區(qū)域中級與級的間隙，并要求盡量能沿 著整個圓周均勻放氣。可轉(zhuǎn)動的進氣導流葉片與整流器葉片可轉(zhuǎn)動的進氣導流葉片與整流器葉片防喘原理就是通過改變導向器葉片角 度來改變工作葉輪進口處的絕對速度的方向，也就就是改變預(yù)旋量，從而改變工 作葉輪進口處的相對速度的方向，以減小攻角，達到防喘的目的。若多級壓氣機的設(shè)計增壓比相當高，則必須采用很多級可以轉(zhuǎn)動的整流器葉片。如J-79-3A渦輪噴氣發(fā)動機，壓氣機共17級，總增壓比為13,就采用了可轉(zhuǎn)導流 葉片與6級可以旋轉(zhuǎn)的整流器葉片。這種防喘方法從經(jīng)濟性上瞧比放氣防喘要好，但就是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。從氣動上瞧， 這種辦法只能著重改善氣流沿葉高在某一個半

19、徑上的流動情況，例如照顧到平均 半徑時，就不能很滿意地照顧到葉尖與葉根，盡管如此，由于這種防喘方法效果比 較好，現(xiàn)在得到廣泛的應(yīng)用。雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子雙轉(zhuǎn)子或三轉(zhuǎn)子防喘原理就是通過改變轉(zhuǎn)速，即改變壓氣機動葉的切線速 度的辦法來改變工作葉輪進口處的相對速度的方向，以減小攻角,達到防喘的目的。由于雙軸壓氣機具有一系列優(yōu)點，例如，不容易產(chǎn)生喘振，可以在寬廣的范圍 內(nèi)工作而仍然可保持較高的效率，容易起動等等。所以，雙軸的結(jié)構(gòu)型式得到了廣 泛的應(yīng)用。它的缺點就是構(gòu)造復(fù)雜，重量也較大。由于構(gòu)造設(shè)計上的不斷改進 ， 已逐步克服了這些問題。近年來，渦輪風扇發(fā)動機的設(shè)計，增壓比不斷提高，還成 功的制造了包括風扇在內(nèi)

20、的三轉(zhuǎn)子壓氣機，例如英國的RB 211就就是一臺這樣 的渦輪風扇發(fā)動機。它的優(yōu)點就是效率高，防喘性能好，但它的缺點也就是很明顯 的，那就就是結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。 可變進口通道面積將進口面積作成可變的，如圖1-3所示。在低轉(zhuǎn)速時，第一級與前面幾級將由于攻角很大而發(fā)生喘振。這時可以把進口面積 A變小。在相同流量下，面積A1變 小就會導致氣流軸向速度增大。于就是第一級工作輪的進口速度三角形就必定會 變得如虛線所示。由圖可見，由于攻角減小而使壓氣機進入正常工作狀態(tài)，工作點 由A變到A而遠離不穩(wěn)定區(qū)。如英國早期的發(fā)動機“薩普菲爾 Sa 7”就采用 了這種方案。圖1-3壓氣機進口面積可調(diào)裝置及其特性圖第三章壓氣

21、機轉(zhuǎn)子葉片故障分析3、1 概述壓氣機轉(zhuǎn)子葉片就是航空發(fā)動機機構(gòu)件中的主要零部件之一，不僅體現(xiàn)在對整機性能的影響很大，而且還由于數(shù)量多、形體單薄，以及受到載荷狀況嚴酷與工 作環(huán)境復(fù)雜的影響，致使其在發(fā)動機中一直被列為故障率最高的構(gòu)件之一。盡管 在我國現(xiàn)役機種WP點列發(fā)動機的外場調(diào)查中表明：長期的經(jīng)驗積累與不間斷的 研究成效，已使因振動疲勞而引起的葉片斷裂故障明顯的得到了控制。但就是 ， 對于其她機種，卻依然存在有較高的故障發(fā)生率，并又與不明振源的高階共振現(xiàn) 象密切相關(guān)。因此，這類高循環(huán)的疲勞現(xiàn)象依然吸引著人們的注意力，并引起廣泛 的關(guān)注。在航空渦輪噴氣發(fā)動機中，壓氣機轉(zhuǎn)子葉片位處最高沿，加上結(jié)構(gòu)

22、、數(shù)量與受 載的特殊性，一直就是受環(huán)境影響最敏感、損傷頻次最嚴重、故障模式最繁多、 后果影響最突出的構(gòu)件之一。正因為如此，國內(nèi)外有關(guān)文獻與標準都之分重視它 們的工作狀況，不論使用、維修，乃至設(shè)計、制造，都曾為此有明確的要求。在我 國編制的航空渦噴、渦扇發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計準則（研究報告） 第三分冊（葉片） 中明確指出，在僅有的五條設(shè)計準則中，環(huán)境因素的影響就占了兩條（外物吸入 與空氣腐蝕）?？梢姡紤]使用環(huán)境的影響，以及提高其抗有害外來（內(nèi)在）因素 的能力，已成為壓氣機轉(zhuǎn)子葉片設(shè)計中不可缺少的重要因素 ，并且,愈來愈受到人 們的重視；同時，還使人清楚地意識到它們對其她設(shè)計準則（高、 低循環(huán)疲勞與靜

23、態(tài)強度）所帶來的重要影響，乃至威脅到葉片在使用過程中耐久性、可靠性，以及 發(fā)動機的安全性。事實上，多年來由于一直強調(diào)對低循環(huán)疲勞的重視與警惕，以及 我國現(xiàn)役機型結(jié)構(gòu)改進技術(shù)的日趨完善，低循環(huán)疲勞破壞的發(fā)生幾率降低了 ，但 就是，它們的高循環(huán)疲勞與表面腐蝕損傷卻變得越來越嚴重了。當前,這樣的態(tài)勢也已成為國內(nèi)外同行們的共識。3、2壓氣機轉(zhuǎn)子葉片受環(huán)境影響的損傷特征與有關(guān)安全準則與標準特性尺寸由大到小外因分類大鳥、布片小鳥、橡膠與冰片 等小后子、小零件 等砂粒與腐蝕氣氛等損傷特征多片倒伏、變形與折斷變形、鼓包與撕裂撕裂、缺損與鼓 包、凹坑等表面損傷與裂紋設(shè)計準則限制葉根應(yīng)變； 限制位移限制撞擊點處塑

24、 性及形對于其翼弦 的比率；限制撞擊范圍內(nèi) 的應(yīng)義限制撞擊范圍 內(nèi)的應(yīng)艾；當前后緣出現(xiàn) 撕裂、缺損時葉 片不折斷注意疲勞強度的安 全儲備學術(shù)研究葉片間撞擊能量傳遞與 重新分配；殘余父形；“最大”動力效應(yīng)殘余父形殘余義形；可能的“最大” 應(yīng)力集中時的承 我能力葉片及其前后緣剩 余疲勞強度的動態(tài) 變化規(guī)范要求防止喪失葉型； 相鄰葉片不相碰； 凸肩/、搭接與松脫不失速、不喘振； 防止喪失葉型， 注意葉型效率KT呈3時具有一個場站檢查 期；明確維修量的極限值明確維修量的極 限值；監(jiān)視與限制維修 問隔期內(nèi)的表面損 傷程度表中所示匯集了壓氣機轉(zhuǎn)子葉片受各種環(huán)境因素影響而形成的損傷 ，以及相 關(guān)研究、標準等

25、的特點。不難瞧出，所有的損傷事件盡管都具有隨機性，但就是, 卻又都具有明顯的特征。前三類損傷就是由外物損傷所致 ，她們的共同特點為：“事件發(fā)生就是偶然的，過程進展就是快捷的，或者就是不穩(wěn)定的，而相應(yīng)的處置 措施則就是以控制轉(zhuǎn)按點或極限狀態(tài)作為基本出發(fā)點 ，重視后果，不細究過程”； 然而，對于第四類俗稱由環(huán)境因素影響所致的表面損傷 ，其特點則表現(xiàn)為：“事件 發(fā)生就是必然的，過程進展就是緩慢的，或者就是相對穩(wěn)定的，而對應(yīng)的處置措施 則就是以監(jiān)控狀態(tài)發(fā)展為基本出發(fā)點，密切監(jiān)視與跟蹤過程的動態(tài)變化”。顯然, 前三類損傷就是突發(fā)性的，她們的發(fā)生除了可以通過加強外場管理而避免外，通 常都就是按視情維修處理

26、；而第四類損傷，不僅表明了其發(fā)生就是不可避免的常 見現(xiàn)象，而且還由于存在著一定的演變過程與形成時間 ，因此相應(yīng)的損傷特征必 然就是呈漸變的，不太引人注意，所以，通常都就是在發(fā)動機進行定時翻修時才被 發(fā)現(xiàn)，而進行相應(yīng)的處置?？梢?，認清這些損傷模式的形成特點，以及掌握處置措 施的基本思路，不論在學術(shù)上，還就是在工程上，都具有重要的實用價值。3、3壓氣機轉(zhuǎn)子葉片故障模式及其分析3、3、1 WP7系列壓氣機轉(zhuǎn)子葉片現(xiàn)行檢查標準（含判廢標在工程上，任何機械構(gòu)件的檢查標準、判廢標準通常都與她們的故障模式分 不開。同樣，對于航空發(fā)動機壓氣機轉(zhuǎn)子葉片，也應(yīng)遵循這樣的程序?？删褪?，由 于其特有的受力狀態(tài)與復(fù)雜的

27、使用環(huán)境，致使引發(fā)的故障模式變得很復(fù)雜。據(jù)內(nèi) 外場憑借肉眼觀察檢查的經(jīng)驗獲知，她們的故障模式，除葉片樺頭局部變形與表 面硬皮積碳、拉傷外，葉身部分就有裂紋、變形、撕裂與銹蝕、麻點等多種損傷， 并且她們的嚴重程度、出現(xiàn)頻次，以及分布部位都表現(xiàn)各異?？梢?，這些損傷模式 除了對葉片強度構(gòu)成威脅外，它們的剛性消弱也就是不可忽視的，甚至還會引起 氣動性能的下降。所以，壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的檢查標準與判廢標準就是集強度、剛 性、工藝，以及氣動性能等多因素要求而制定出來的。表中所示為WP正列壓氣機轉(zhuǎn)子葉片現(xiàn)行故障的檢查標準與判廢標準?？梢?瞧出，除列出了故障性質(zhì)、檢查方法與處理要求外，還明確地限制了可修復(fù)故障的

28、發(fā)生部位。顯然，這不僅要求對威脅到葉片高應(yīng)力區(qū)的損傷故障，需要加以嚴格地 限制，而且，還要注意到它們對葉片的安全性、耐久性，以及氣動性能等帶來的重 要影響。WP7 系列壓氣機轉(zhuǎn)子葉片檢查標準（含判廢標準）廳P故障特征故障標準檢查方法修理方 法處理結(jié) 論1葉片裂紋、 彎曲變形及 葉片樺頭卡 環(huán)槽變形不允許目視檢查 無損探傷不修理報廢2葉片表面銹 蝕積碳輕微銹蝕目視檢查酸洗、除 銹、拋光修理嚴重銹蝕不修理報廢3葉盆葉背表 面打傷I級、II級葉片距葉尖35以內(nèi)的葉身 長度表回上，每聞有4處深度不大于0、5 加打傷；距葉根2/5以內(nèi)的葉身長度表面 上每聞有4處不大于0、1 mm的打傷。田、IV、V、V

29、I級葉片距葉尖 34以內(nèi)的 葉身長度表回上，每聞有4處深度不大于 0、3 mm打傷；距葉根1/4以內(nèi)的葉身長度表 面上每聞有4處不大于0、1 mm的打傷目視檢查打磨、拋 光修理4葉片進、排 氣邊緣打傷I、II級葉片距葉尖3/5以內(nèi)的葉身長度表回上，有深度不大于。0、3 nlm打傷；距葉根2/5以內(nèi)的葉身長度表面上有深度不大于0、15 nlm的打傷。目視檢查打磨、拋 先進排 氣邊緣修理田、IV、V、VI級葉片距葉尖3/4以內(nèi)的葉身表面上，有深度不大于0、2 nlm打傷；距葉根14以內(nèi)的葉身長度表面上有深度不大于0、1 mm的打傷5葉片表面粗 髓輕微打傷不允許行在目視檢查拋光修理6葉片樺頭硬 皮積

30、碳、拉 傷輕微硬皮積碳目視檢查不修理繼續(xù)使 用嚴重硬皮積碳打磨繼續(xù)使 用樺頭兩側(cè)面拉傷，其深度不大于0、5 mm（I、II級不大于11加）范度不大于2 nlm長度不超過1/2樣頭打磨拉 傷處、毛 刺修理需要說明的就是，對于經(jīng)過修復(fù)的葉片，其幾何尺寸必然會不斷地減小。因此, 除了在我國現(xiàn)用的維修規(guī)范中，已規(guī)定了的以限制整個葉片沿葉高的最小弦長來 作為它們的修磨極限量外，還需要針對具體的損傷部位制定進一步的明確與完善 的修復(fù)標準。止匕外，表中所述規(guī)定乃就是針對葉片的個體而言，如果出現(xiàn)帶有群體 性質(zhì)的損傷與有關(guān)要求，那么,還將有相應(yīng)的補充規(guī)定。由于維修規(guī)范中的故障檢查/判廢標準都就是根據(jù)轉(zhuǎn)子葉片的工

31、作特點、破損安全準則與實踐經(jīng)驗編制而成，所以，除了已破損的葉片需按報廢外，還要列出 葉片表面?zhèn)鄣拇笮?、深度與疏密程度等損傷模式，均可理解為經(jīng)過了實踐檢驗 的極限模式。換言之，盡管它們的形態(tài)多種多樣（比如缺損、變形、表面損傷等）， 但就是，所列模式均可被瞧作于判廢標準與可修復(fù)標準間的臨界狀態(tài)，如果再繼續(xù)工作，將不能確保其具有很低的破損概率，所以此時的葉片可被認為正處于一 種表面損傷的“極限強度”狀態(tài)。由此推論，在表面損傷的判廢標準與疲勞損傷 的判廢標準之間，將可借助含義相近的“極限強度”而建立聯(lián)系，從而，為評估葉 片壽命研究中的表面損傷，尋得了一種以疲勞損傷評估為基礎(chǔ)的代替方法。鑒于壓氣機轉(zhuǎn)子

32、葉片的故障模式繁多，損傷起因復(fù)雜，以及具有集個體與群 體于一體的性質(zhì)，加上她們的可維護性與可修復(fù)性，因此，除了極少數(shù)被打傷而報 廢的葉片外，開展壓氣機轉(zhuǎn)子葉片的耐久性研究將變得更加具有特色。3、4 WP7系列報廢葉片主要失效模式統(tǒng)計分析為了更全面地摸清 WP7系列發(fā)動機壓氣機轉(zhuǎn)子葉片退役的故障原因，現(xiàn)將1135臺次使用期滿返廠翻修發(fā)動機的葉片故障進行了逐級分類統(tǒng)計?，F(xiàn)仍以外 擊、腐蝕、裂紋與弦長不足四種基本失效（報廢）模式作為分析對象，了解這些模式在各級中的分配狀況。通過這樣的統(tǒng)計，從中不僅發(fā)現(xiàn)了導致葉片因故報廢 的主要原因，而且還將為今后的設(shè)計、使用與維護等工作提供不可多得的實踐信表中表示了

33、壓氣機轉(zhuǎn)子葉片在各級中不同失效模式的分布狀況。根據(jù)她們的失效頻率統(tǒng)計，可以瞧出：“外擊失效”主要由外來與內(nèi)來的偶然因素引起的，又稱外（內(nèi)）物損傷， 通常發(fā)生在中、低空與地面。前幾級表現(xiàn)較為突出 ，而后面級的失效則主要由質(zhì) 硬物的竄動與二次損傷所致。由統(tǒng)計數(shù)字瞧出，不僅它們的發(fā)生頻率僅次于腐蝕 失效的頻率，而且平均的級失效頻率也相當高。可見，這樣的現(xiàn)象與管理、設(shè)計上 的完善程度存在相當密切的關(guān)系。止匕外，需要說明的就是，外物擊傷的故障形態(tài)主 要有翹曲變形、凹坑與鼓包，以及撕裂損傷等。表 WP7系列發(fā)動機壓氣機轉(zhuǎn)子葉片及失效率統(tǒng)計所在級序PIRmIVVVI單級葉片數(shù)2453537373P 73統(tǒng)計

34、總數(shù)272406015560155828558285582855外擊數(shù)量438429393403558395失效頻率X 10 21、6080、 73120、 65530、 48640、67350、4767數(shù)量149625431588411224262575失效頻率X 10 25、4924、2272、6404、9632、9283、108裂紋數(shù)量5536812失效頻率X 10 21、8360、 83620、 49870、 72420、96551、448弦長 不足數(shù)量006184328失效頻率X 10 2000、 99742、1725、1903、379腐蝕失效與裂紋失效就是因損傷累積所致，所以也就是

35、葉片壽終的主要表 現(xiàn)。就裂紋失效而言，其主要由海水氣氛、空氣污染與環(huán)境風沙等引起的表面磨 蝕損傷累積所致，并且通常以發(fā)生在葉盆與前、后緣的表現(xiàn)為最嚴重。其特點除 了具有一定的工作期限外，其發(fā)生頻率最高，發(fā)生故障的臺次又相對集中。因此， 可以表明,它們就是與某些特殊的環(huán)境因素有關(guān)。至于裂紋失效,盡管WP源列發(fā) 動機的發(fā)生機率不高，致命原因不明顯，但就是，它們卻都具有相當長的工作時限 因此，可以表明，它們的裂紋失效模式就是由多種損傷綜合影響與積累所致。弦長不足就是因維修過度所致，也可以理解為葉片壽終失效的一種特有的 表現(xiàn)癥狀。由統(tǒng)計結(jié)果瞧出，這種失效表現(xiàn)主要發(fā)生于后面級的薄葉片；而前兩級 的級失效

36、頻率竟然為“零”。其實，除前兩級的修復(fù)余量較大外，還可能與其價格 較貴與判廢標準“放寬”等某些人為因素有關(guān)。因此 ，未能統(tǒng)計出來。第四章 發(fā)動機篦齒盤均壓孔裂紋故障分析及預(yù)防4、1概述發(fā)動機作為飛機的動力裝置，就是影響飛行安全的關(guān)鍵因素。因此，做好發(fā)動 機的質(zhì)量安全工作，特別就是做好直接危害及飛行安全問題的預(yù)防工作，對于保 證飛行安全具有重要意義。在對某新型發(fā)動機高壓壓氣機IX級封嚴篦齒盤的32個均壓孔沿盤周向進行周期性渦流探傷檢查時，發(fā)現(xiàn)一起裂紋故障。從已經(jīng)暴露 的質(zhì)量問題瞧，高壓壓氣機DC級封嚴篦齒盤就是該型發(fā)動機最薄弱的危險性部件 之一，由于改進發(fā)動機設(shè)計難度很大，目前只能通過選用性能更

37、為優(yōu)異的材料，不 斷完善生產(chǎn)制造工藝，以及提高維修檢測的針對性與有效性，進一步研究改進維 修檢測的方法來預(yù)防監(jiān)控發(fā)現(xiàn)故障。4.2篦齒盤結(jié)構(gòu)與工作狀態(tài)分析4、2、1結(jié)構(gòu)分析高壓壓氣機IX級封嚴篦齒盤，用于防治高壓壓氣機后的空氣泄露到高壓壓 氣機卸荷腔，就是發(fā)動機工作的關(guān)鍵性零件。該盤由多個螺栓裝配固定在高壓DC 級壓氣機后的高壓軸上，與高壓轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動，工作環(huán)境惡劣，工作狀態(tài)下受多種 載荷的影響。4、2、2工作狀態(tài)分析4、2、2、1工作溫度高該盤裝配在高壓IX級壓氣機后、燃燒室前的位置 ，工作環(huán)境溫度高，達800K 工作與非工作狀態(tài)下溫差大，且盤的前后端面、盤內(nèi)不同部位受熱不均，導致在盤 內(nèi)因材

38、料的熱膨脹不均勻而產(chǎn)生較高的熱應(yīng)力，尤其在均壓孔處位置及其她不連 續(xù)處容易引起應(yīng)力集中。4、2、2、2工作轉(zhuǎn)速高篦齒盤在工作時，最高轉(zhuǎn)速達13300轉(zhuǎn)/秒，其自身質(zhì)量產(chǎn)生的離心力在盤內(nèi) 引起很大的徑向離心應(yīng)力。由于盤沿一周有篦齒結(jié)構(gòu)，盤的質(zhì)量分布相對集中于盤沿一周。同時篦齒結(jié)構(gòu)離心半徑較大，在相同質(zhì)量、相同轉(zhuǎn)速的條件下，產(chǎn)生較 大的離心力。這樣，盤內(nèi)的徑向離心應(yīng)力主要就是由盤的篦齒結(jié)構(gòu)引起 ，盤內(nèi)不同 半徑處的環(huán)形截面上的徑向離心應(yīng)力相差不大，但因為32個均壓孔的存在，導致 在盤的32個均壓孔處沿盤周向位置產(chǎn)生應(yīng)力集中，容易導致該處疲勞裂紋故障 的發(fā)生。4、2、2、3 易產(chǎn)生振動該盤上裝配在高

39、壓軸，當然受到高壓壓氣機振動的影響，產(chǎn)生振動。這種振動 就會在盤上產(chǎn)生的交變應(yīng)力。當盤所受交變應(yīng)力大于疲勞極限時，在金屬表面、品界或非金屬雜物處形成駐留滑移帶，駐留滑移帶擠入缺陷形成應(yīng)力集中，形成 裂紋源。4、3裂紋特征與產(chǎn)生原因分析4、3、1裂紋特征通過對IX級封嚴篦齒盤均壓孔裂紋故障殘盤裂紋斷面的觀察測量發(fā)現(xiàn)，在裂紋斷面處，沒有塑性變形的殘余痕跡，斷裂型面沒有變化，即沒有發(fā)生頸縮現(xiàn)象。 因此可以肯定引起IX級篦齒盤爆裂的裂紋時疲勞裂紋。4、3、2裂紋原因分析導致IX級篦齒盤均壓裂紋故障的主要原因有設(shè)計不合理篦齒盤在高壓壓氣機工作狀態(tài)下的異常振動不易控制，容易產(chǎn)生疲勞裂紋同時徑向離心應(yīng)力與熱

40、應(yīng)力的應(yīng)力集中加速疲勞裂紋的產(chǎn)生與擴張。制造加工工藝存在問題存在預(yù)先微裂紋，大大降低了篦齒盤的抗疲勞強度，尤其就是故障位置的均 壓孔未倒圓或倒圓不夠，將容易在該處產(chǎn)生疲勞裂紋。裝配工藝要求高任一細小的疏漏都可能影響裝配質(zhì)量，加劇篦齒盤的振動強度與幅度，加速 疲勞裂紋的產(chǎn)生與擴展。預(yù)防對策高壓壓氣機IX級封嚴篦齒盤一旦產(chǎn)生裂紋 ，后果極為嚴重。為了杜絕此類故 障的產(chǎn)生，根據(jù)對DC級篦齒盤均壓孔裂紋故障的分析，采用以下對策： 嚴格落實外廠檢查措施裂紋的產(chǎn)生與擴展就是一個連續(xù)的過程，符合量變到質(zhì)變的發(fā)展規(guī)律，有一 定的周期。因此，新制造、大修或檢修出廠發(fā)動機裝機后，經(jīng)過一定的飛行時間， 按照工藝要求

41、，利用渦流檢測的方法重點檢查裂紋危險位置有無裂紋。研制性能更為優(yōu)異的新型粉末冶金材料粉末冶金就是指將金屬粉末放入模具中壓制成型后，再經(jīng)燒結(jié)而制成各種金 屬制品的工藝方法。粉末冶金材料在冶金過程中，通過彌散相，熱壓過燒結(jié)等方法 在晶界與亞晶界等面缺陷引起的強化與韌化反應(yīng) ，在材料內(nèi)部生成類似蜂窩結(jié)構(gòu) 的顯微強化組織，強度提高了 15%;同時這種高度的面缺陷具有抑制裂紋產(chǎn)生障 礙裂紋擴展的作用，且粉末冶金材料能達到很高的表面光潔度，這些都極大地增 強了材料抵抗疲勞的強度。改進篦齒盤的制造加工工藝疲勞裂紋的萌生一般都形成于零件的表面，所以要注意提高零件的表面質(zhì)量 表面越光潔平滑，零件的疲勞強度越高。

42、當零件表面的敏感位置存在加工缺陷時， 就會引起應(yīng)力集中，加速產(chǎn)生顯微裂紋。通過表面噴丸強化與機械拋光途徑提高 篦齒盤的表面質(zhì)量。改進篦齒盤的檢修工藝結(jié)合發(fā)動機大修或檢修，對篦齒盤均壓孔裂紋故障位置進行射線、著色滲透 等多種無損檢測，共同驗證裂紋的有無。對沒有倒圓或者倒圓不夠的均壓孔邊進 行補充倒圓與拋光，提高危險位置的疲勞強度。改進篦齒盤的裝配工藝對高壓轉(zhuǎn)子的裝備采用分段壓緊等工藝，盡可能地減小篦齒盤的振動強度、 幅度，從而避免篦齒盤在運行狀態(tài)下由于振動產(chǎn)生的交變應(yīng)力。檢查與監(jiān)控發(fā)動機振動值利用檢測數(shù)據(jù)與飛參數(shù)據(jù)，綜合分析變化趨勢，間接判斷振動對篦齒盤狀態(tài) 的影響，有異常時要查明原因進行調(diào)整，

43、適當縮短渦流探傷周期增加檢查頻次。根據(jù)分析結(jié)果，需要嚴格落實預(yù)防事故的對策，以高度負責的態(tài)度認真檢查， 及時發(fā)現(xiàn)安全隱患，確保篦齒盤的安全運行。結(jié)束語經(jīng)過了兩個多月的學習與努力，我終于完成了航空發(fā)動機典型故障分析 的設(shè)計論文。從開始接到論文題目到系統(tǒng)的實現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步 對我來說都就是新的嘗試與挑戰(zhàn)，這也就是我在大學期間獨立完成的最大的項 目。在這段時間里，我學到了很多知識也有很多感受，再次回首這兩年多的學習， 我感覺到自己有太多的知識沒有掌握，有太多的知識點還不曾了解。我開始了獨 立的學習，查瞧相關(guān)的資料與書籍，讓自己頭腦中模糊的概念逐漸清晰，使自己非 常稚嫩設(shè)計一步步完善起

44、來，每一次改進都就是我學習的收獲，每一次驗證的成 功都會讓我興奮好一段時間。雖然我的設(shè)計還很不成熟，還有很多不足之處，但都 有就是我的勞動成果。我相信其中的酸甜苦辣最終都會化為甜美的甘泉。航空發(fā)動機屬于高速旋轉(zhuǎn)式機械，處于高轉(zhuǎn)速、高負荷（高應(yīng)力）與高溫的環(huán) 境下工作；發(fā)動機又由許多零組件構(gòu)成，即其本身工作狀況與外界環(huán)境都十分復(fù) 雜，使發(fā)動機容易出現(xiàn)故障，因此航空發(fā)動機屬于多發(fā)性故障的機械。由于航空發(fā) 動機本身所具有的特點，使其故障模式與排除故障的方法也都具有一定的特殊 性。本論文所列舉分析的三個故障（發(fā)動機喘振故障分析、壓氣機轉(zhuǎn)子葉片故障 分析、發(fā)動機篦齒盤均壓孔裂紋故障分析 ）都就是發(fā)動機的最典型的故障，也就 是比較容易發(fā)生故障的部分。這次做論文的經(jīng)歷也會使我終身受益，我感受到做論文就是要真真正正 用心去做的一件事情，就是真正的自己學習的過程與研究的過程 ，沒有學習就不 可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫設(shè)計論文了。