某型教練機燃滑油散熱器產生疲勞裂紋故障分析

葉 彪，陳根生，武 強

（洪都航空工業集團,江西南昌330024）

某型教練機燃滑油散熱器產生疲勞裂紋故障分析

葉 彪，陳根生，武 強

（洪都航空工業集團,江西南昌330024）

針對某型教練機燃滑油散熱器產生裂紋導致燃油泄漏的故障現象，進行了地面開車試驗，同時，對燃油系統和燃滑油散熱器的壓力、溫度、流量等進行了測量，根據測量數據分析，找出了燃滑油散熱器產生疲勞裂紋的原因。

燃滑油散熱器；疲勞裂紋；地面試驗

0 引言

2008年以來，某型教練機安裝的進口燃滑油散熱器在經過不同飛行小時的飛行后產生裂紋，并導致燃油泄漏。而燃滑油散熱器是飛機發動機的關鍵部件，燃油泄漏將對飛機飛行安全造成嚴重的后果。

通過對兩臺有裂紋的燃滑油散熱器分解后發現，兩臺燃滑油散熱器為焊縫開裂(圖1)。且焊縫裂紋位置完全相同，裂紋均起源于內表面，然后向外表面擴展，斷口上可見典型的疲勞條帶特征，其焊縫裂紋性質相同，均為疲勞開裂。

針對燃滑油散熱器產生的焊縫疲勞裂紋故障現象，采用試驗和測量方法，通過對試驗所測量的數據進行分析，找出了故障原因。

圖1 裂紋外觀及位置

1 試驗和測量方法

1.1 試驗方法

試驗采用發動機地面開車模擬飛機飛行狀態，發動機地面開車參數見表1。并將出現裂紋故障和未出現裂紋的燃滑油散熱器分別安裝在不同的飛機上，按4種組合情況進行對比試驗(表2)。

1)出現過裂紋的燃滑油散熱器 （燃滑油散熱器已修復）和飛機進行發動機地面開車試驗；

2)未出現過裂紋的燃滑油散熱器和飛機進行發動機地面開車試驗；

3)將出現過裂紋的燃滑油散熱器安裝在未出現過裂紋的燃滑油散熱器飛機上進行發動機地面開車試驗；

4)將未出現過裂紋的燃滑油散熱器安裝在出現過裂紋的燃滑油散熱器飛機上進行發動機地面開車試驗。

表1 發動機開車參數

表2 4種組合試驗情況

1.2 測量方法

1)在飛機燃油系統供油管路的油濾和發動機燃油入口之間安裝一個壓力傳感器和一個溫度傳感器，以監控飛機燃油泵和發動機燃油入口處燃油壓力和溫度的變化；

2）在發動機燃油入口安裝一個流量傳感器，以監控燃油流量的變化；

3）在燃滑油散熱器燃油入口安裝一個壓力傳感器，以監控燃滑油散熱器燃油入口壓力的變化；

4）在發動機油門角位移傳感器處引出一個信號，以監控燃油壓力發生變化時出現在發動機上的工作狀態，測試框如圖2所示；

5)在地面開車過程中，對飛機發動機燃油入口處的溫度、壓力和流量、燃滑油散熱器燃油入口的壓力及發動機油門角度進行時間間隔為1秒的連續數據采集，并同時實時顯示溫度、壓力、流量和發動機油門角度值，當發動機停車后停止數據采集并保存采集數據。

圖2 測量框

2 試驗測量結果及分析

2.1 第⑴種情況試驗測量結果（圖3、圖4）

圖3 第一次開車測量曲線（1）

圖4 第二次開車測量曲線（1）

2.2 第⑵種情況試驗測量結果（圖5、圖6）

圖5 第一次開車測量曲線（2）

圖6 第二次開車測量曲線（2）

2.3 第⑶種情況試驗測量結果（圖7、圖8）

圖7 第一次開車測量曲線（3）

圖8 第二次開車測量曲線（3）

2.4 第⑷種情況試驗測量結果（圖9、圖10）

圖9 第一次開車測量曲線（4）

圖10 第二次開車測量曲線（4）

2.5 結果分析

試驗情況⑴：第一次發動機地面開車，當燃油初始溫度為51℃時，發動機和燃滑油散熱器未出現脈沖壓力，最大壓力為44.3 Psi，如圖3所示。第二次發動機地面開車，當燃油初始溫度為60℃時，發動機和燃滑油散熱器出現大量脈沖壓力，最大壓力為67.2 Psi，如圖4所示。

試驗情況⑵：第一次發動機地面開車，當燃油初始溫度為53.7℃時，發動機和燃滑油散熱器未出現脈沖壓力，最大壓力為47.2 Psi，如圖5所示。第二次發動機地面開車，當燃油初始溫度為57.4℃時，發動機和燃滑油散熱器未出現脈沖壓力，最大壓力為46.5 Psi，如圖6所示。

試驗情況⑶：第一次發動機地面開車，當燃油初始溫度為41.9℃時，發動機和燃滑油散熱器未出現脈沖壓力，最大壓力為48 Psi，如圖7所示。第二次發動機地面開車，當燃油初始溫度為63.7℃時，發動機和燃滑油散熱器出現少量脈沖壓力，最大壓力為62.2 Psi，如圖8所示。

試驗情況⑷：第一次發動機地面開車，當燃油初始溫度為49.4℃時，發動機和燃滑油散熱器未出現脈沖壓力，最大壓力為43.6 Psi，如圖9所示。第二次發動機地面開車，當燃油初始溫度為55.3℃時，發動機和燃滑油散熱器未出現脈沖壓力，最大壓力為45.4 Psi，如圖10所示。

從上述試驗情況結果來看，當初始燃油溫度為60℃以下時，無論是否曾出現過裂紋，燃滑油散熱器都未產生脈沖壓力，并且壓力最大值不超過50 Psi。而當燃油初始溫度為60℃以上時，則有過裂紋的燃滑油散熱器會出現脈沖壓力，其壓力峰值為67.2 Psi，時間不到1 s。這說明燃滑油散熱器出現脈沖壓力與發動機開車前的燃油初始溫度有極大的關系，開車前燃油溫度越高則越易產生脈沖壓力，脈沖壓力為隨機現象。

3 結語

試驗結果分析表明，未出現裂紋的燃滑油散熱器在試驗時沒有產生脈沖壓力，而只有出現過裂紋的燃滑油散熱器才會產生脈沖壓力。因此脈沖壓力是燃滑油散熱器焊縫產生疲勞開裂的主要工作應力，而且脈沖壓力的峰值大小、脈沖數量不同，則燃滑油散熱器出現裂紋的時間和裂紋擴展的速度也不同。從而進一步表明：燃滑油散熱器出現裂紋主要是由于焊縫結構和性能存在問題。

[1]周謨仁.流體力學泵與風機.中國建筑工業出版社,1993年6月.

[2]董春光.飛機設計手冊-動力裝置系統設計.航空工業出版社,2006年.

>>>作者簡介

葉彪：男，1959年5月出生，1984年畢業于洪都工學院，高級工程師，一直從事電子測控工作。

陳根生，男，1955年11月出生，1982年畢業于南京航空航天大學，高級工程師，一直從事發動機安裝設計工作。

武強，男，1973年9月出生，1996年畢業于南昌航空大學，高級工程師，一直從事發動機安裝設計工作。

Failure Analysis for Fatigue Crack of Fuel-oil Cooler of a Certain Type of A/C

Ye Biao,Chen Gensheng,Wu Qiang
(Hongdu Aviation Industry Group,Jiangxi Nanchang 330024)

Aiming to the failure phenomenon of the crack resulting in the fuel leakage from the fuel-oil cooler of a certain type of A/C,the ground engine test run was conducted,meanwhile,the pressure,temperature,flow rate of fuel system and fuel-oil cooler were measured.By analysis of the measured data,the cause of the fatigue crack from the fuel-oil cooler was found out.

:fuel-oil cooler；fatigue crack；ground test

2011-12-28)