一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于航空發(fā)動機可靠性設計技術領域，具體涉及一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控 制方法。
【背景技術】
[0002] 目前，國產(chǎn)發(fā)動機一般采用限制總工作時間的方法進行壽命控制，即規(guī)定發(fā)動機 的工作時間不超過一定小時數(shù)，工作達到規(guī)定的小時數(shù)后進行一個壽命期的修理；一種發(fā) 動機在使用初期也采用這種方法進行壽命控制，用于保障其壽命期內(nèi)安全可靠地工作；隨 著發(fā)動機后續(xù)使用工況的改變，發(fā)動機低循環(huán)使用載荷急劇增加，導致低循環(huán)疲勞壽命不 能滿足發(fā)動機可靠性要求；為了保障發(fā)動機工作的可靠性，急需一種低循環(huán)疲勞壽命的控 制方法，以實現(xiàn)對發(fā)動機的低循環(huán)壽命的有效控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明提出一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，以達到保障 發(fā)動機在壽命期內(nèi)安全可靠的目的。
[0004] 一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，方法包括以下步驟：
[0005] 步驟1、對被測發(fā)動機壽命薄弱的部件進行低循環(huán)疲勞破壞實驗，確定發(fā)動機的低 循環(huán)使用壽命，即獲得發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)；
[0006] 步驟2、根據(jù)被測發(fā)動機的型號，確定該發(fā)動機不同轉速載荷狀態(tài)的各轉速區(qū)間低 循環(huán)譜；
[0007] 步驟3、采用軟件獲得被測發(fā)動機各轉速區(qū)間低循環(huán)譜的模擬疲勞壽命次數(shù)，并將 步驟1獲得的發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)除以被測發(fā)動機各轉速區(qū)間低循環(huán)譜的模擬 疲勞壽命次數(shù)，獲得各轉速區(qū)間低循環(huán)譜與標準低循環(huán)次數(shù)的換算系數(shù)；
[0008] 步驟4、統(tǒng)計發(fā)動機每天實際飛行的各轉速區(qū)間低循環(huán)譜的實際次數(shù)，將每天的各 轉速區(qū)間低循環(huán)譜的實際次數(shù)與對應的換算系數(shù)相乘并求和，獲得發(fā)動機每天的標準低循 環(huán)次數(shù)；
[0009] 步驟5、將發(fā)動機各天的標準低循環(huán)次數(shù)進行累加，當累加次數(shù)達到被測發(fā)動機的 標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)時，則該發(fā)動機達到安全使用壽命，需要進行維修或更換。
[0010] 步驟1所述的破壞實驗，當對多個同樣的發(fā)動機部件進行實驗時，將獲得的各發(fā) 動機的標準低循環(huán)次數(shù)求平均數(shù)，并除以壽命散度系數(shù)，獲得最終的發(fā)動機的標準低循環(huán) 次數(shù)總數(shù)，所述的部件個數(shù)為1?3個。
[0011] 本發(fā)明優(yōu)點：
[0012] 本發(fā)明一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，是將發(fā)動機的工作轉速區(qū)間按特殊方法 進行分類，對發(fā)動機實際使用的轉速，應用該分類方法得到幾種典型的發(fā)動機低循環(huán)譜；再 將低循環(huán)譜按計算方法換算到標準低循環(huán)次數(shù)，要求工作累計的標準低循環(huán)次數(shù)不超過設 計指標；本發(fā)明能夠有效地對發(fā)動機低循環(huán)疲勞壽命進行監(jiān)控，對保障發(fā)動機在壽命期內(nèi) 安全可靠地工作具有重要意義，該控制方法在實際應用中具有廣泛的適應性，能夠在各型 發(fā)動機上進行應用，實現(xiàn)良好的技術效益和經(jīng)濟效益；
[0013] 本發(fā)明應用于兩種發(fā)動機上，控制方法合理有效，經(jīng)過試驗多臺發(fā)動機的長年使 用，未出現(xiàn)低循環(huán)疲勞破壞故障，達到預期效果，對保障發(fā)動機在壽命期內(nèi)安全可靠地工作 具有重要意義。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明一種實施例的發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法流程圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明一種實施例的有限元應力分析模型示意圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖對本發(fā)明一種實施例做進一步說明。
[0017] 本發(fā)明實施例中發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，方法流程圖如圖1所示，方法包括 以下步驟：
[0018] 步驟1、對被測發(fā)動機壽命薄弱的部件進行低循環(huán)疲勞破壞實驗，確定發(fā)動機的低 循環(huán)使用壽命，即獲得發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)；
[0019] 發(fā)動機設計生產(chǎn)時，存在一些壽命薄弱的零部件，以壽命薄弱零部件允許的標準 低循環(huán)次數(shù)作為發(fā)動機整機的標準低循環(huán)次數(shù)，能夠保證發(fā)動機的低循環(huán)壽命在安全范圍 內(nèi)。
[0020] 本發(fā)明實施例中，以發(fā)動機的壽命最薄弱的零部件轉子盤為例進行說明：
[0021] 設計時按照發(fā)動機的理想狀態(tài)使用載荷、溫度場分布對轉子盤進行了應力分析、 溫度載荷和低循環(huán)壽命分析，用ANSYS軟件建立應力分析模型如圖2所示，根據(jù)轉子盤的工 作轉速、溫度和循環(huán)狀態(tài)載荷等轉子盤的工況，進行應力計算分析，結果表明：對于轉子盤 的輻板和輪轂部分，周向應力最大點位于盤心附近；徑向應力最大點位于封嚴臂齒根部附 近，最大徑向應力發(fā)生在最大狀態(tài)瞬態(tài)過程的盤體徑向溫差最大時刻。
[0022] 通過上述理論分析，進行轉子盤的低循環(huán)疲勞破壞試驗進行驗證，并確定實際的 標準低循環(huán)次數(shù)：
[0023] 所述的轉子盤可以選取1?3個新的進行試驗，也可以選用已經(jīng)工作過的轉子盤 進行破壞試驗；本發(fā)明實施例中選用了 3個在實際工作了 hi小時、h2小時和h3小時的轉 子盤在旋轉試驗器上進行模擬試驗，試驗參數(shù)按照發(fā)動機的最高工作轉速、最低轉速以及 溫度場，確定了峰值轉速、谷值轉速、輪轂內(nèi)孔邊溫度，輪緣榫槽底溫度等，按照從谷值轉速 升速到峰值轉速的工作模式進行試驗。因為此時試驗選取的加載荷參數(shù)為設計的標準低循 環(huán)參數(shù)，因此試驗結果代表了零件能夠承受的標準低循環(huán)載荷；試驗結果驗證了轉子盤試 驗件在封嚴篦齒根部均試驗至出現(xiàn)裂紋，即發(fā)生了零件破壞，此時3個轉子盤達到破壞的 有效標準低循環(huán)次數(shù)分別為Z1次、Z2次、Z3次。
[0024] 對轉子盤進行安全壽命評定時，必須考慮構件材料低循環(huán)疲勞壽命分散度的影 響，在有關強度計算資料中給出了構件的批準安全壽命的散度系數(shù)，見表1。
[0025] 表1試驗件件數(shù)與安全壽命散度系數(shù)
[0026]
【主權項】
1. 一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，其特征在于，方法包括w下步驟： 步驟1、對被測發(fā)動機壽命薄弱的部件進行低循環(huán)疲勞破壞實驗，確定發(fā)動機的低循環(huán) 使用壽命，即獲得發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)； 步驟2、根據(jù)被測發(fā)動機的型號，確定該發(fā)動機不同轉速載荷狀態(tài)的各轉速區(qū)間低循環(huán) 譜； 步驟3、采用軟件獲得被測發(fā)動機各轉速區(qū)間低循環(huán)譜的模擬疲勞壽命次數(shù)，并將步驟 1獲得的發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)除W被測發(fā)動機各轉速區(qū)間低循環(huán)譜的模擬疲勞壽 命次數(shù)，獲得各轉速區(qū)間低循環(huán)譜與標準低循環(huán)次數(shù)的換算系數(shù)； 步驟4、統(tǒng)計發(fā)動機每天實際飛行的各轉速區(qū)間低循環(huán)譜的實際次數(shù)，將每天的各轉速 區(qū)間低循環(huán)譜的實際次數(shù)與對應的換算系數(shù)相乘并求和，獲得發(fā)動機每天的標準低循環(huán)次 數(shù)； 步驟5、將發(fā)動機各天的標準低循環(huán)次數(shù)進行累加，當累加次數(shù)達到被測發(fā)動機的標準 低循環(huán)次數(shù)總數(shù)時，則該發(fā)動機達到安全使用壽命，需要進行維修或更換。
2. 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，其特征在于，步驟1所述的破壞 實驗，當對多個同樣的發(fā)動機部件進行實驗時，將獲得的各發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)求平 均數(shù)，并除W壽命散度系數(shù)，獲得最終的發(fā)動機的標準低循環(huán)次數(shù)總數(shù)，所述的部件個數(shù)為 1?3個。
【專利摘要】本發(fā)明一種發(fā)動機低循環(huán)壽命控制方法，屬于航空發(fā)動機可靠性設計技術領域，是將發(fā)動機的工作轉速區(qū)間按特殊方法進行分類，對發(fā)動機實際使用的轉速，應用該分類方法得到幾種典型的發(fā)動機低循環(huán)譜；再將低循環(huán)譜按計算方法換算到標準低循環(huán)次數(shù)，要求工作累計的標準低循環(huán)次數(shù)不超過設計指標；本發(fā)明能夠有效地對發(fā)動機低循環(huán)疲勞壽命進行監(jiān)控，對保障發(fā)動機在壽命期內(nèi)安全可靠地工作具有重要意義，該控制方法在實際應用中具有廣泛的適應性，能夠在各型發(fā)動機上進行應用，實現(xiàn)良好的技術效益和經(jīng)濟效益。
【IPC分類】G01M15-00
【公開號】CN104535324
【申請?zhí)枴緾N201410624031
【發(fā)明人】張海江, 李偉, 朱哲, 佟永軍, 王德柱
【申請人】沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責任公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年11月7日