China Science & Technology Overview
I
工艺设计改造及检测检修
罗宿明艾克波吴杰唐广刘佳
(中国航发湖南动力机械研究所，湖南株洲412002)
摘要：随着当前发动机设计寿命越来越长，采用1:1的试验谱进行翻修间隔期考核试验会带来试验周期长、资金和人力耗费巨大 等一系列问题。某型民用涡轴发动机采用了加速任务试验的方式对其翻修间隔期进行了验证，并获得局方批准。本文对其加速任务试 验谱进行研究，可为其他型号发动机开展加速任务试验提供参考。
关键词：民用；涡轴发动机；加速任务；试验谱中图分类号：V 263.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064(2020)17-0061-03
航空发动机适航规定(C
C A R
-33R 2)第33.90条款（初
始维修检查）明确要求发动机需要进行翻修间隔期（T B O
)
试验，以确定初始维修检查的时限。随着当前发动机设计 寿命越来越长，采用1:1的试验谱进行翻修间隔期考核试 验时，将带来试验周期长、资金和人力耗费巨大等一系列 问题，并且过长的试验周期不利于快速发现发动机存在的 问题，并作出改进设计。因此目前国际上普遍采用发动机 加速任务试验对其翻修间隔期进行验证，以有效缩短试验 周期和减少试验成本。
某型民用涡轴发动机采用了加速任务试验的方式对其 翻修间隔期进行了验证，并获得局方批准。本文对其加速 任务试验谱进行研究，可为其他型号发动机开展加速任务 试验提供参考。
1.发动机典型任务载荷谱
1.1直升机典型任务剖面
表1某直升机典型任务
任务比例（％)时间（min )
海上飞行30T 1搜索救援20T 2旅客运输
50
T 3
表2海上飞行任务剖面
阶段描述 状态 高度 时间（min )双发功率
起飞 有地效悬停
2 P 1以Vy 速度爬升0 — H 1
3 P 2过渡到平飞最佳速度平飞 H 2
30 P 3平台工作 有地效悬停
2 P 4以Vy 速度爬升0 — H
3 3 P 5返程飞行最佳速度平飞 H 4
30 P 4着陆 有地效悬停 0
2 P 5最佳速度平飞 H 5
12 P 8飞行储备
最佳速度平飞
20
P 9
直升机方基于飞行需求给定了三种典型任务剖面，见 表1〇
其中海上飞行任务剖面见表2。
1.2发动机任务载荷谱
基于直升机方提供的典型飞行任务剖面（环境条件、 飞行速度以及功率等)，同时考虑安装损失、发动机性能 衰减等因素，采用发动机整机性能模型可确定发动机对应 的任务载荷谱（燃气发生器转速N 1和燃气涡轮出口温度
T
45) [11〇
其中海上飞行任务剖面对应的发动机任务载荷谱见表3。stimulsoft
表3海上飞行任务发动机载荷谱
阶段描述状态N 1
时间（min )
T 45
起飞有地效悬停89%288%以Vy 速度爬升93%393%过渡到平飞最佳速度平飞89%3088%平台工作有地效悬停88%287%以Vy 速度爬升93%393%返程飞行最佳速度平飞89%3087%着陆有地效悬停87%285%最佳速度平飞88%1284%飞行储备
最佳速度平飞
82%
20
78%
2.加速任务试验谱研究
2.1基本原则
制定加速任务试验谱时需要保证在整个翻修间隔期内 下列损伤是等效的：（1)蠕变损伤；（2)低循环疲劳（主 循环和次循环）；（3)高温持续时间。 2.2参考循环
分析发动机转子疲劳寿命时需要先制定参考循环，根 据参考循环计算转子低循环疲劳寿命，即整个翻修间隔期 内转子消耗的参考循环次数。
根据飞行任务剖面和载荷谱，确定的燃气发生器和动 力涡轮标准参考循环见图1和图2。
收稿日期：2020-08-04作者简介：罗宿明（1986—)，男，安徽安庆人，研究生，高级工程师，研究方向：发动机总体设计。
2020年9月上第17期总第341期
61
I 工艺设计改造及检测检修\ China Science & Technology Overview
图1燃气发生器参考循环砂
图2动力涡轮参考循环
2.3蠕变损伤计算
表4是燃气涡轮叶片在每个典型任务谱的蠕变损伤。
表4某型发动机典型任务和混合任务蠕变损伤任务比例时间
蠕变损伤海上飞行0.3T 111搜索救援0.2T 212旅客运输0.5T 313混合任务
1
T 414
TBO 累计TBO /T 4TB 0
TB 〇/T 4*14由表4可知，一个混合任务需要的时间为T 4，故一 个翻修间隔期内累计混合任务数量为T B
0/T 4，蠕变损伤
为T
B O
/T 4+14，同时考虑到发动机未来发展的需要，根
据相似型号发动机的使用经验，将蠕变损伤的目标值由
T B O
/T 4M 4根据使用经进一步提高为L 。
2.4燃气涡低循环疲劳损伤计算
表5是燃气涡在每个典型任务谱的低循环疲劳 损伤。
由表5可知，一个翻修间隔期内发动机燃气涡轮消耗 的主循环数为T B
0/T 4，次循环数为X 5，折合参考循环
数为T
B O
/T 4*m 4次。其中T B O
/T 4*m 4次参考循环应为
加速任务试验必须考核的最小值，同时考虑到发动机未来 发展的需要，根据相似型号发动机的使用经验，将燃气发
生器的参考循环数进一步提高为M 。
表5燃气涡低循环疲劳损伤
任务比例时间
主循环次循环折合标准循环
海上飞行0.3T 11XI ml 搜索救援0.2T 21X 2m 2旅客运输0.5T 31X 3m 3混合任务
1
T 41
X 4m 4TBO 累计TB 0/T 4
TB O
TBO /T 4
X 5
TB 〇/T 4*m 4
2.5动力涡低循I 不疲劳计算
表6是动力涡在每个典型任务谱的低循环疲劳损伤。
表6动力涡轮低循环疲劳损伤
任务比例时间
主循环次循环折合标准循环海上飞行0.3T 110nl 搜索救援0.2T 210n 2旅客运输0.5T 310n 3混合任务
1
T 41
0n 4TB 0累计TBO /T 4
TBO
TBO /T 4
TB 〇/T 4*n 4
由于涡轴发动机在使用过程中动力涡轮转速保持恒 定，因此其次循环为0，主要考虑主循环疲劳损伤。
由表6可知，一个翻修间隔期内发动机动力涡轮消耗 的主循环数为T B
0/T 4，折合参考循环数为T
B
〇/T 4+n 4
次。其中T
B O
/T 4*n 4次参考循环应为加速任务试验必须
离合器摩擦片结构图
考核最小值，同时考虑到发动机未来发展的需要，根据相 似型号发动机的使用经验，将燃气发生器的参考循环数进 一步提高为N 。
2.6局温持续时间
高温状态主要体现对燃气涡轮叶片的氧化以及疲劳损 伤，根据损伤等效原则，加速任务试验谱中的高温状态持 续时间应不低于发动机任务载荷谱中的时间[2]。法律法规查询系统
根据发动机任务载荷谱和燃气涡轮叶片材料的蠕变疲
劳材料数据，统计的满足高温状态条件的持续时间为T 1, 故加速任务试验谱中高温持续时间不得低于T 1。
2.7加速任务试验谱要求
综合上述分析，加速任务试验谱必须满足以下要求：
(1) 燃气涡和动力涡主循环数不低于T B O
/
T
4次;
(2) 燃气涡次循环数不低于X 5次；(3) 燃气涡轮叶片蠕变损伤大于L ;
(4) 燃气涡轮低循环疲劳消耗大于M 次参考循环；(5) 动力涡轮低循环疲劳消耗大于N 次参考循环；(6) 高温状态的持续时间不小于T 1。
62
2020年9月上第17期总第
341期
China Science & Technology Overview /工艺设计改造及检测检修
2.8加速任务试验谱
表7加速任务试验谱1
AMT循环点运行时间（min)N1T45起动--26%
慢车261%57%有地效悬停397%99%
Vy速度爬升 2.599%102%平飞1.594%94%有地效悬停298%99%
Vy速度爬升 2.599%102%平飞 1.587%83%
HIGE292%91%
慢车0.561%57%
表8加速任务试验谱2
AMT循环点运行时间（min)N1T45起动-26%
慢车261%57%无地效悬停596%97%平飞294%93%
HOGE596%97%
平飞288%85%
HOGE596%97%
平飞288%84%
慢车261%57%
根据2.7节要求，最终确定该型发动机两个加速任务 试验谱，两个任务谱的主要内容见表7和表8。其中加速 任务试验谱1需要进行总次数的80%，试验谱2需要进 行总次数的20%。
3.加速任努试验谱与典型混合任务谱对比
加速任务试验谱和典型混合任务谱对比见表9。由表 可知，最终确定的加速任务试验谱在低循环疲劳、蠕变损伤以及高温状态持续时间等方面均大于典型混合任务谱，
试验更加苛刻的同时总试验时间只有翻修间隔期的1/4。
表9加速任务试验谱和典型混和任务谱对比
单位典型混合
任务谱
加速任务
试验谱无压锅炉
总时间h TBO0.25TBO
主循环时间h T40.15T4
主循环数-TBO/T41.7(TBO/T4)
次循环数-X5 1.2X5
高温状态时间h T13T1燃气涡轮叶片蠕变损伤-L2L
燃气发生器低循环疲劳损伤参考循环M 1.2M
动力涡轮低循环疲劳损伤参考循环N 1.1N
4.总结
本文对某型民用涡轴发动机加速任务试验谱进行了研
究，得到以下结论：
(1)根据直升机方提供的典型飞行任务剖面，考虑安 装损失、发动机性能衰减等因素，计算得到发动机的任务
载荷谱；
(2)制定加速任务试验谱时需要保证在整个翻修间隔 期内损伤是等效的；
(3)最终确定的加速任务试验谱在低循环疲劳、蠕变 损伤以及高温状态持续时间等方面均大于典型混合任务 谱，但试验时间只有翻修间隔期的1/4，大大减少了试验
时间；
(4)由于加速任务试验时间比翻修间隔期短，无法充 分考核如轴承以及附件传动齿轮的寿命，需要额外进行寿
命分析或者补充验证试验。
参考文献
轻触开关电路
U]廉筱纯，吴虎.航空发动机原理[M].西安：西北工业大学出版
社,2005.
[2]陈传尧.疲劳与断裂[M].武汉：华中科技大学出版社,2002.
Research on Acceleration Mission Test Cycle of a Civil Turboshaft Engine
LUO Suming’AI Kebo，WU jie,TANG Guang,LIU Jia
(AECC Hunan Powerplant Research Institute, Zhuzhou Hunan 412002)
Abstract:With the current engine design life is getting longer and longer,time between overhaul of engine assessed by 1:1 test cycle will lead to a series of problems,such as long test duration,huge cost of capital and manpower.A civil turboshaft engine was verified by accelerated mission test,and was approved by CAAC.In this paper,the acceleration mission test cycle is studied,which can provide reference for other types of engine to carry out accelerated mission test.
Key words:civil;turboshaft engine;acceleration mission;test cycle
2020年9月上第17期总第341期63
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议