航空发动机可靠性试验方法研究
王桂华1，蔚夺魁1，洪杰2，王艺1
【摘 要】摘要：在分析航空发动机相关标准的基础上，对发动机在研制过程中零部件和整机试车、试飞项目及其考核目的进行研究。对试验进行了分类，提出了开展极限/强化试验的必要性；以故障模式及失效机理分析为依据，阐述了发动机在研制过程中成附件可靠性极限/强化试验的方法、应用原则及效果，并针对高周疲劳、性能稳定性和耐久性等考核重点梳理了整机可靠性试验的条件和载荷设计要求,提出了整机可靠性试验载荷谱选用建议。 【期刊名称】航空发动机 【年(卷),期】2014(040)005 【总页数】5
【关键词】可靠性强化试验；结构完整性；性能稳定性；航空发动机
0 引言
航空发动机的质量与可靠性问题已经成为制约其发展的瓶颈。为此，工业部门开展了发动机性能与可靠性一体化设计、建立体系规范数据库、狠抓制造可靠性，着手建立和完善整机、零部件和系统的试验验证平台，开展全寿命期管理等。正在经历从关注通用规范的考核性试验通过与否到加强研制过程中可靠性试验验证的转变，旨在研制过程中通过试验尽可能暴露、发现并解决问题。合理规划可靠性试验需要从发动机的故障及故障机理着手。开展故障树和故障模式分析，找到相关底事件，针对其故障模式开展可靠性设计，采取相应措施。由于发动机是复杂而耦合的系统，特别是采用较多新结构、新工艺的新研发动机，很难完全把握所有的故障模式及机理，需要试验验证，即便采取了保证措
施，仍需合理规划可靠性试验考核，从材料、部件（或模拟件[1-2]）到整机试车，系统地开展试验工作。随着航空发动机研制不断向高可靠性、长寿命方向发展[3]，如何在有限的研制时间内，充分利用有限的资源合理安排试验，满足研制要求，是摆在研制部门面前的关键问题。
本文通过分析国内外航空发动机相关试验标准，对发动机在研制过程中的可靠性试验进行研究。
1 发动机研制试验
按照试验项目设置，航空发动机通用规范中大部分研制试验均可划归为可靠性试验，均可用于发动机型号研制的可靠性综合评估。其内容主要包括结构完整性、性能稳定性和控制系统中的软件可靠性设计等。结构完整性保障推进系统结构设计足以满足强度、振动、耐久性、损伤容限、包容性等要求；性能稳定性意味着持续且可靠地起动，平稳而又灵敏地加、减速，在给定功率状态下保持稳定的推力以及无失速、熄火和燃烧不稳定等。当然，作为设计分析的基础，在研制中还要关注材料性能试验，充分保证基础数据的可靠性。 1.1 零部件和系统试验
按照发动机有关标准、规范及指南中涉及的试验要求[4-9]，发动机的零部件、系统试验主要划分为3类。
（1）部件性能与稳定性验证试验。该类试验指对核心机、风扇、压气机和涡轮等部/组件及控制系统等开展的试验，包括调节能力试验、加力燃烧室稳定性试验，控制系统的半物理模拟试验等，为确定部件和系统稳定性提供了依据。 （2）在正常使用环境条件下的可靠性、耐久性试验。该类试验是为验证零部件在正常工作环境条件下进行的可靠性、耐久性试验，如叶片高循环疲劳试验、
盘轴等关键件的低循环疲劳试验、关键件的损伤容限试验，成附件的环境和可靠性试验等。在进行该类试验过程中极限载荷环境的确定对验证部件和系统的可靠性意义重大。
（3）在恶劣载荷条件下的部件安全能力试验。该类试验包括包容性、盘破裂、扭矩极限、承压容器的压力试验等。如盘的破裂试验一般要检查出裂纹或破坏为止；进行滑油系统开展滑油中断和耗损试验以验证在滑油耗损后能继续在规定时间段内安全工作的能力。 1.2 整机试车和飞行试验
全尺寸发动机试验的目的是验证各设计系统是否满足发动机运行要求，以及补充验证在部件试验中模拟实际环境不够充分或无法开展的项目；飞行试验则是补充在地面和高空台无法验证的试验内容。整机试车、试飞项目主要包括3类。 （1）整机性能和稳定性试验。该类试验包括参数测量、控制规律调整试车、转子动力学试车、热和压力测量以及振动应力测量等，由此提供整机性能数据，验证发动机的性能分析模型的正确性。验证进气道、压气机、燃烧室和涡轮的温度极限、燃烧室和加力燃烧室的熄火极限、飞机机动包线内的畸变极限等。开展地面和高空模拟试验，以说明并检验推进系统的瞬态响应特性，以及地面和高空试验验证起动能力等。
（2）载荷试车。该类试验包括加速任务试验/加速模拟任务耐久性试验，以及动应力测量等，验证发动机能够在计划的检查间隔和设计使用寿命期内安全、经济且可靠地工作。各类极限载荷环境对验证整机可靠性具有重要意义。 （3）在恶劣载荷环境条件下的整机试车。该类试验包括叶片飞出、包容性、超温、吞烟等，验证恶劣载荷对发动机的影响，即在恶劣载荷作用后的规定时间
航空发动机可靠性试验方法研究
