某型發動機加力筒體隔熱屏裂紋故障分析及改進措施

摘 要：某型發動機批生產中多次出現隔熱屏裂紋故障，其故障率較高，嚴重影響了發動機正常生產與交付。通過對該型發動機與其它型號發動機在加力筒體隔熱屏的結構、熱膨脹伸長量等方面進行對比分析，發現該型發動機現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放，并且確認該問題是導致隔熱屏裂紋故障發生的主要原因之一。通過理論分析與實際驗證，制定了兩項改進措施，并在生產中應用，取得了良好效果。

關鍵詞：隔熱屏；裂紋；改進

1 概述

根據統計，某型發動機批生產以來，試車后多次出現隔熱屏裂紋故障。這一問題嚴重影響了發動機正常生產與交付。以某年為例，其臺份故障率、臺次故障率分別高達36%、20.7%。裂紋均為周向裂紋，并且都發生在第4波與第5波處，大多位于順航向10點～1點鐘位置。

圖1 隔熱屏出現裂紋周向位置分布

2 故障原因分析

2.1 隔熱屏固定結構對比分析

某型發動機加力筒體隔熱屏為整體隔熱屏，在加力筒體進口及出口用圓孔安裝螺栓連接，整體隔熱屏裝配后沿軸向沒有活動量。

而某成熟發動機加力筒體隔熱屏分別為6段，固定方式每段用1排圓孔安裝螺栓連接，其余用橢圓孔安裝螺栓連接，整體隔熱屏裝配后可以沿軸向活動。

兩型發動機隔熱屏固定結構的具體情況見表1、圖2和圖3。

表1 兩型發動機隔熱屏結構比較

從表1可以看出，為解決工作中隔熱屏的熱膨脹問題，其它型號發動機加力筒體隔熱屏上設有長橢圓孔，使隔熱屏裝配后可以沿軸向活動。而某型發動機隔熱屏兩端固定時用圓孔無間隙裝配，使隔熱屏裝配后無法沿軸向活動。

圖2 某型發動機加力筒體隔熱屏固定結構

圖3 某成熟發動機加力筒體隔熱屏固定結構

2.2 熱膨脹伸長量對比計算

將某型發動機及其它型號發動機工作中隔熱屏受熱后伸長量進行了對比計算，計算結果具體見表2、圖4和圖5。

表2 兩型發動機單段隔熱屏受熱后的伸長量

注：計算Δt時，起始溫度按20℃，終溫按隔熱屏最高溫度。

圖4 某型發動機隔熱屏固定圓孔及隔熱屏長度尺寸示意圖

圖5 某成熟發動機隔熱屏固定橢圓孔及隔熱屏長度尺寸示意圖

考慮加力筒體殼體伸長量的情況下，某型發動機隔熱屏伸長3.41mm時不會被兩端的固定銷釘壓緊。而經計算工作狀態下隔熱屏受熱伸長最大量為8.28mm，較結構設計預留的3.41mm大很多，此時熱膨脹量無法有效釋放，隔熱屏會受到兩端固定銷釘壓緊而產生結構變形。其它型號發動機在結構設計預留的活動間隙能夠保證隔熱屏在工作產生的熱膨脹得到有效釋放。

綜上所述，造成某型發動機加力筒體隔熱屏裂紋故障的主要影響因素為：現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放。

3 改進措施

3.1 加力燃油總管外側噴孔內移情況

采取加力燃油總管外側噴孔內移5mm的排故措施，目的是降低隔熱屏近壁面的燃油濃度，改善隔熱屏熱負荷情況，提高冷卻裕度，該措施對加力燃燒室的性能影響很小。后續經過試驗驗證，表明措施有效，加力隔熱屏的結構可靠性有所提高。

3.2 試車控制加力狀態總供油量影響分析

采取控制加力狀態總供油量與Ro（外區實際與理論燃油流量比）比值方式，減少外涵區供油量。即將主機的中間性能調整至設計要求的上限，加力狀態的性能調整至設計要求的下限，在保證發動機性能合格的情況，減少加力過程外涵供油量。統計分析了合格與故障發動機試車數據，從試車數據上分析，故障與合格發動機試車數據無明顯規律。

經設計分析和計算，采取改進措施如下：

（1）加力燃油總管外側噴孔內移5mm。

（2）加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔。

3.3 驗證情況

針對加力燃油總管外側噴孔內移5mm與加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔兩項改進措施，進行了試車驗證，貫徹以上兩項措施的20臺發動機，在試車后，僅有1臺在試車后出現隔熱屏裂紋故障，其他19臺發動機未出現故障。臺份故障率、臺次故障率等故障指標大幅下降。

4 結束語

針對某型發動機出現的加力筒體隔熱屏燒蝕故障，進行系統分析、測量統計及試驗驗證等大量研究工作，得出以下結論：該型發動機現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放是導致故障的主要影響因素。控制加力狀態總供油量和故障與否無明顯規律。將加力燃油總管外側噴孔內移對故障的解決措施有效。最終制定了加力燃油總管外側噴孔內移5mm和加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔兩項改進措施。保證了發動機工作安全可靠。

參考文獻

[1]楊世鋒，陶文銓.傳熱學[M].高等教育出版社.

[2]機械工程師手冊[M].機械工業出版社.

作者簡介：武曉龍（1983-），男，本科學歷，研究方向：航空發動機制造與維修。endprint

摘 要：某型發動機批生產中多次出現隔熱屏裂紋故障，其故障率較高，嚴重影響了發動機正常生產與交付。通過對該型發動機與其它型號發動機在加力筒體隔熱屏的結構、熱膨脹伸長量等方面進行對比分析，發現該型發動機現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放，并且確認該問題是導致隔熱屏裂紋故障發生的主要原因之一。通過理論分析與實際驗證，制定了兩項改進措施，并在生產中應用，取得了良好效果。

關鍵詞：隔熱屏；裂紋；改進

1 概述

根據統計，某型發動機批生產以來，試車后多次出現隔熱屏裂紋故障。這一問題嚴重影響了發動機正常生產與交付。以某年為例，其臺份故障率、臺次故障率分別高達36%、20.7%。裂紋均為周向裂紋，并且都發生在第4波與第5波處，大多位于順航向10點～1點鐘位置。

圖1 隔熱屏出現裂紋周向位置分布

2 故障原因分析

2.1 隔熱屏固定結構對比分析

某型發動機加力筒體隔熱屏為整體隔熱屏，在加力筒體進口及出口用圓孔安裝螺栓連接，整體隔熱屏裝配后沿軸向沒有活動量。

而某成熟發動機加力筒體隔熱屏分別為6段，固定方式每段用1排圓孔安裝螺栓連接，其余用橢圓孔安裝螺栓連接，整體隔熱屏裝配后可以沿軸向活動。

兩型發動機隔熱屏固定結構的具體情況見表1、圖2和圖3。

表1 兩型發動機隔熱屏結構比較

從表1可以看出，為解決工作中隔熱屏的熱膨脹問題，其它型號發動機加力筒體隔熱屏上設有長橢圓孔，使隔熱屏裝配后可以沿軸向活動。而某型發動機隔熱屏兩端固定時用圓孔無間隙裝配，使隔熱屏裝配后無法沿軸向活動。

圖2 某型發動機加力筒體隔熱屏固定結構

圖3 某成熟發動機加力筒體隔熱屏固定結構

2.2 熱膨脹伸長量對比計算

將某型發動機及其它型號發動機工作中隔熱屏受熱后伸長量進行了對比計算，計算結果具體見表2、圖4和圖5。

表2 兩型發動機單段隔熱屏受熱后的伸長量

注：計算Δt時，起始溫度按20℃，終溫按隔熱屏最高溫度。

圖4 某型發動機隔熱屏固定圓孔及隔熱屏長度尺寸示意圖

圖5 某成熟發動機隔熱屏固定橢圓孔及隔熱屏長度尺寸示意圖

考慮加力筒體殼體伸長量的情況下，某型發動機隔熱屏伸長3.41mm時不會被兩端的固定銷釘壓緊。而經計算工作狀態下隔熱屏受熱伸長最大量為8.28mm，較結構設計預留的3.41mm大很多，此時熱膨脹量無法有效釋放，隔熱屏會受到兩端固定銷釘壓緊而產生結構變形。其它型號發動機在結構設計預留的活動間隙能夠保證隔熱屏在工作產生的熱膨脹得到有效釋放。

綜上所述，造成某型發動機加力筒體隔熱屏裂紋故障的主要影響因素為：現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放。

3 改進措施

3.1 加力燃油總管外側噴孔內移情況

采取加力燃油總管外側噴孔內移5mm的排故措施，目的是降低隔熱屏近壁面的燃油濃度，改善隔熱屏熱負荷情況，提高冷卻裕度，該措施對加力燃燒室的性能影響很小。后續經過試驗驗證，表明措施有效，加力隔熱屏的結構可靠性有所提高。

3.2 試車控制加力狀態總供油量影響分析

采取控制加力狀態總供油量與Ro（外區實際與理論燃油流量比）比值方式，減少外涵區供油量。即將主機的中間性能調整至設計要求的上限，加力狀態的性能調整至設計要求的下限，在保證發動機性能合格的情況，減少加力過程外涵供油量。統計分析了合格與故障發動機試車數據，從試車數據上分析，故障與合格發動機試車數據無明顯規律。

經設計分析和計算，采取改進措施如下：

（1）加力燃油總管外側噴孔內移5mm。

（2）加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔。

3.3 驗證情況

針對加力燃油總管外側噴孔內移5mm與加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔兩項改進措施，進行了試車驗證，貫徹以上兩項措施的20臺發動機，在試車后，僅有1臺在試車后出現隔熱屏裂紋故障，其他19臺發動機未出現故障。臺份故障率、臺次故障率等故障指標大幅下降。

4 結束語

針對某型發動機出現的加力筒體隔熱屏燒蝕故障，進行系統分析、測量統計及試驗驗證等大量研究工作，得出以下結論：該型發動機現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放是導致故障的主要影響因素。控制加力狀態總供油量和故障與否無明顯規律。將加力燃油總管外側噴孔內移對故障的解決措施有效。最終制定了加力燃油總管外側噴孔內移5mm和加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔兩項改進措施。保證了發動機工作安全可靠。

參考文獻

[1]楊世鋒，陶文銓.傳熱學[M].高等教育出版社.

[2]機械工程師手冊[M].機械工業出版社.

作者簡介：武曉龍（1983-），男，本科學歷，研究方向：航空發動機制造與維修。endprint

摘 要：某型發動機批生產中多次出現隔熱屏裂紋故障，其故障率較高，嚴重影響了發動機正常生產與交付。通過對該型發動機與其它型號發動機在加力筒體隔熱屏的結構、熱膨脹伸長量等方面進行對比分析，發現該型發動機現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放，并且確認該問題是導致隔熱屏裂紋故障發生的主要原因之一。通過理論分析與實際驗證，制定了兩項改進措施，并在生產中應用，取得了良好效果。

關鍵詞：隔熱屏；裂紋；改進

1 概述

根據統計，某型發動機批生產以來，試車后多次出現隔熱屏裂紋故障。這一問題嚴重影響了發動機正常生產與交付。以某年為例，其臺份故障率、臺次故障率分別高達36%、20.7%。裂紋均為周向裂紋，并且都發生在第4波與第5波處，大多位于順航向10點～1點鐘位置。

圖1 隔熱屏出現裂紋周向位置分布

2 故障原因分析

2.1 隔熱屏固定結構對比分析

某型發動機加力筒體隔熱屏為整體隔熱屏，在加力筒體進口及出口用圓孔安裝螺栓連接，整體隔熱屏裝配后沿軸向沒有活動量。

而某成熟發動機加力筒體隔熱屏分別為6段，固定方式每段用1排圓孔安裝螺栓連接，其余用橢圓孔安裝螺栓連接，整體隔熱屏裝配后可以沿軸向活動。

兩型發動機隔熱屏固定結構的具體情況見表1、圖2和圖3。

表1 兩型發動機隔熱屏結構比較

從表1可以看出，為解決工作中隔熱屏的熱膨脹問題，其它型號發動機加力筒體隔熱屏上設有長橢圓孔，使隔熱屏裝配后可以沿軸向活動。而某型發動機隔熱屏兩端固定時用圓孔無間隙裝配，使隔熱屏裝配后無法沿軸向活動。

圖2 某型發動機加力筒體隔熱屏固定結構

圖3 某成熟發動機加力筒體隔熱屏固定結構

2.2 熱膨脹伸長量對比計算

將某型發動機及其它型號發動機工作中隔熱屏受熱后伸長量進行了對比計算，計算結果具體見表2、圖4和圖5。

表2 兩型發動機單段隔熱屏受熱后的伸長量

注：計算Δt時，起始溫度按20℃，終溫按隔熱屏最高溫度。

圖4 某型發動機隔熱屏固定圓孔及隔熱屏長度尺寸示意圖

圖5 某成熟發動機隔熱屏固定橢圓孔及隔熱屏長度尺寸示意圖

考慮加力筒體殼體伸長量的情況下，某型發動機隔熱屏伸長3.41mm時不會被兩端的固定銷釘壓緊。而經計算工作狀態下隔熱屏受熱伸長最大量為8.28mm，較結構設計預留的3.41mm大很多，此時熱膨脹量無法有效釋放，隔熱屏會受到兩端固定銷釘壓緊而產生結構變形。其它型號發動機在結構設計預留的活動間隙能夠保證隔熱屏在工作產生的熱膨脹得到有效釋放。

綜上所述，造成某型發動機加力筒體隔熱屏裂紋故障的主要影響因素為：現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放。

3 改進措施

3.1 加力燃油總管外側噴孔內移情況

采取加力燃油總管外側噴孔內移5mm的排故措施，目的是降低隔熱屏近壁面的燃油濃度，改善隔熱屏熱負荷情況，提高冷卻裕度，該措施對加力燃燒室的性能影響很小。后續經過試驗驗證，表明措施有效，加力隔熱屏的結構可靠性有所提高。

3.2 試車控制加力狀態總供油量影響分析

采取控制加力狀態總供油量與Ro（外區實際與理論燃油流量比）比值方式，減少外涵區供油量。即將主機的中間性能調整至設計要求的上限，加力狀態的性能調整至設計要求的下限，在保證發動機性能合格的情況，減少加力過程外涵供油量。統計分析了合格與故障發動機試車數據，從試車數據上分析，故障與合格發動機試車數據無明顯規律。

經設計分析和計算，采取改進措施如下：

（1）加力燃油總管外側噴孔內移5mm。

（2）加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔。

3.3 驗證情況

針對加力燃油總管外側噴孔內移5mm與加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔兩項改進措施，進行了試車驗證，貫徹以上兩項措施的20臺發動機，在試車后，僅有1臺在試車后出現隔熱屏裂紋故障，其他19臺發動機未出現故障。臺份故障率、臺次故障率等故障指標大幅下降。

4 結束語

針對某型發動機出現的加力筒體隔熱屏燒蝕故障，進行系統分析、測量統計及試驗驗證等大量研究工作，得出以下結論：該型發動機現有結構隔熱屏熱變形應力無法釋放是導致故障的主要影響因素。控制加力狀態總供油量和故障與否無明顯規律。將加力燃油總管外側噴孔內移對故障的解決措施有效。最終制定了加力燃油總管外側噴孔內移5mm和加力筒體隔熱屏前排固定支架連接孔改為長圓孔兩項改進措施。保證了發動機工作安全可靠。

參考文獻

[1]楊世鋒，陶文銓.傳熱學[M].高等教育出版社.

[2]機械工程師手冊[M].機械工業出版社.

作者簡介：武曉龍（1983-），男，本科學歷，研究方向：航空發動機制造與維修。endprint