某發動機外部管路振動應力測試研究

劉 濤 張蔭鰲 田金光 董 妍

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

發動機外部導管是發動機輸送燃油、滑油的主要途徑，是航空發動機的重要零件，振動因素是發動機導管及導管支架斷裂的主要原因。由于管路系統工作環境溫度經常變化而且載荷相當復雜，管路的使用壽命與管路所承受的振動應力、裝配引起的初始應力及焊接、裝配過程造成的損傷程度等諸多因素密切相關，每次測試時發動機整機振動值也不相同，這些因素會造成同一導管不同臺次測量時，應力、振頻、共振轉速等有一定的差別。因此，發動機生產定型前必須進行導管振動應力測試試驗，以保證其工作可靠性。

在試驗過程中，對原型導管提出三種改進方案，對原型導管及改型導管分別進行動應力測試，將測試結果進行對比，以獲得最佳的改進方案。三種方案分別為：

1）將原型導管由“U”改成“Ω”，作為1#導管；

2）將原“U”型導管上測壓接頭取消，作為2#導管；

3）將原“U”型導管上的所有零件材料改為GH536，作為3#導管。

2 試驗方法

2.1 測試前準備及貼片

常用的應變片有常溫、中溫和高溫三種。我們采用的是常溫應變片，型號：BE120-3AA，電阻值 :119.9±0.1(Ω),靈敏度系數：2.15±1%。

應變片是傳遞試件的微小變形的敏感元件，因此其粘貼工作，是整個試驗中最重要環節，應變片處理的好壞直接影響測試結果。在應變片粘貼前，需要對導管的貼片部位進行打磨，用酒精、丙酮擦拭，以保持粘貼部位的清潔。應變片粘貼后需要進行加壓、加溫固化處理，將處理后的應變片進行導線焊接，并按照三線制方式進行引線。對于管路系統來說，應變片一般都粘貼在管路兩端和中間部位的管接頭焊縫處，應變片的絲柵方向沿管路軸向，為保證測試到管路的最大動應力，在每個測試截面粘貼兩個應變片，兩個應變片沿圓周方向相差90°，截面振動應力為兩個應變片測量值的合力。

2.2 電阻應變計的工作原理

將電阻應變計安裝在被測構件表面上，構件受力而變形時，電阻應變計的敏感柵隨之產生相同應變，其電阻值發生變化，用儀器測量此電阻變化即可測量出構件表面沿敏感柵軸線方向的應變。因此電阻應變計的主要性能與敏感柵有關，取敏感柵材料金屬細絲，研究其把應變轉換成電阻的關系。

金屬細絲的電阻與絲長成正比，而與其截面積成反比，電阻相對變化與應變成一定比例，電阻應變計就是利用應變－電阻效應效應制成。

2.3 三線法連接

在非常溫條件下應變測量時，導線電阻受溫度變化的影響產生熱輸出，許多場合下很難準確模擬出導線所要經歷的溫度變化狀態，采用導線的三線連接方法來消除導線熱輸出的影響。在每個應變計引線上接出三根尺寸、長度和材料相同的導線，由于工作臂和補償臂中的導線電阻相等，并處于同樣的溫度變化狀態中，所產生的電阻變化能夠互相抵消，起到溫度補償作用。在批產發動機的導管動應力試驗中，由于試車臺內溫度變化較大，因此也采用了三線法連接導線。

2.4 測試方法

在工程實際中，通常采用電阻應變計來測量導管在工作過程中產生的應變，從而確定其應力的大小。振動應力測量一般采用電測法，即將粘貼應變計的被測導管安裝在發動機上，再將應變計的引線通過屏蔽導線連接到動態應變儀上，通過動態應變儀對采集信號放大調理，再將調理后的數據信號傳輸到數據采集前端進行采集，通過FFT變換進行數據計算與分析。

粘貼在被測零件上的電阻應變計感受零件振動變形，產生電阻變化，電阻變化引起電路輸出電壓變化。通過胡克定律計算振動應力值，而應變量與輸出電壓成線性關系，通過測量輸出電壓變化間接測量出零件振動應力值。由于測試時主應力方向不明確，應將兩點的應力值按進行合成應力計算。如果同一轉速下有兩個或兩個以上激振頻率的振動應力，則對各應力值求均方根值。

3 測試試驗

將導管在發動機上安裝固定，整個管路動應力測試試驗按專用試車程序進行。先將原型導管安裝在發動機上，然后再依次換上1#、2#和3#分別進行測試，整個試驗共開車四次。試驗結果見表1。

表1 導管動應力測試試驗數據

4 結論

（1）整個試車過程中，應變片都完好無損，信號正常，采集數據穩定。

（2）原型導管振動應力值達54.9 Mpa，而1#導管的振動應力值是20 Mpa，2#導管的振動應力值達74.3 Mpa，3#導管在的振動應力值達57.5 Mpa。

（3）從整個試驗對比結果來看，1#導管的振動應力值最小，即將導管由“U”形改成“Ω”形的方案效果最好。

[1]張彤.液壓金屬導管破裂原因及預防的研究 [J].渤海大學學報，2004，V25（02)：182-184.

[2]唐有才.飛機液壓導管破裂分析故障及措施[J].航空工程與維修，2001（02）.

[3]張如一，沈觀林，李朝弟.應變電測與傳感器[M].北京：清華大學出版社，1999.