民機輔助動力裝置載荷譜分析研究

廖建軍 李春

摘 要： 根據某民機輔助動力裝置使用情況，對其輔助動力裝置實測譜進行編制，并根據實測譜對該輔助動力裝置燃氣渦輪一級工作葉片進行強度壽命計算，對其實測載荷譜進行評估，為該輔助動力裝置的使用方式提供參考。

關鍵詞：民機;輔助動力裝置;載荷譜

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）07-0090-03

輔助動力裝置（以下簡稱APU）是飛機動力系統的重要組成部分，其主要功能是起動主發動機、為客艙供氣，還能為各種機載設備提供動力（液壓能、電能）。

載荷譜是APU應力分析和壽命研究的基礎。APU載荷譜，是進行APU及其零部件的壽命、可靠性和強度分析與試驗而編制的有關載荷要素的組合，是APU在規定的飛行任務、用法和使用條件下載荷參數的統計結果[1]。

設計譜是供新機設計使用的載荷譜，可由任務相同、結構相近的現役使用載荷譜用經驗推斷得到，也可預計飛行任務剖面和預計任務混頻得到。實測譜，是飛行載荷實測及飛行任務調查得到的，可直接應用于發動機的定壽和延壽。本文通過對某民機APU實際使用情況編制了實測譜，并根據實測譜對APU燃氣渦輪一級工作葉片進行強度壽命計算，根據計算結果對其實測譜進行評估。

1 實際使用剖面

某民機APU在使用以來，通過統計該民機使用的7臺APU使用情況，發現其使用時間和使用流程比較固定，主要在飛機起飛階段和降落階段使用。一般1個飛行架次需要起動2次APU，第1次是起飛階段，第2次是降落階段。具體統計情況見表1、表 2。（時間按百分比統計）

根據7臺APU起飛階段和降落階段各狀態的使用情況統計結果，整理得到APU任務剖面見表3。

2實測譜編制

根據APU使用情況，APU主要是在起飛和降落階段使用，為模擬實際的使用情況，載荷譜由兩條譜線組成，譜線1模擬起飛階段使用情況，譜線2模擬降落階段使用情況。由于APU起飛階段和降落階段使用次數基本相當，因此取譜線1和譜線2的分配比例為1∶1。

根據任務剖面，編制APU實測譜簡介見表4和表5。譜線1、譜線2的功率分配見表6和表7及圖1和圖2。

3燃氣渦輪葉片壽命評估

APU各狀態轉速均為恒轉速54000r/min，根據性能計算，APU各工作狀態下的排氣溫度（大氣溫度15.5℃）見表8。

根據DZ408材料持久性能數據，采用M-S曲線方程，對燃氣渦輪一級工作葉片（DZ408）進行強度壽命計算，燃氣渦輪工作葉片計算狀態見表9。取葉片各截面最高溫度和最大應力進行持久壽命估算，葉片模型和計算截面位置見圖3;計算燃氣渦輪一級工作葉片實測譜下持久損傷。計算結果見表10至表13。

4結論

（1）通過對APU實測譜編制，實測譜主要由兩條譜線組成，譜線1模擬起飛階段使用情況，譜線2模擬降落階段使用情況，反映該民機APU主要在起飛和降落階段使用。

（2）選取燃氣渦輪葉片對其壽命等對APU實測譜進行評估，發現在相同工況條件下，空載對APU使用影響程度最低，燃氣渦輪葉片使用壽命最長;在最大狀態起動主發和全電狀態時，對APU使用影響程度最重，燃氣渦輪葉片使用壽命最短。

（3）燃氣渦輪葉片在實測譜條件下，總的損傷程度為0.0218，損傷程度很小，該民機APU能很好滿足目前實際使用條件。

參考文獻

[1] 蘇清友.航空渦噴、渦扇發動機主要零部件定壽指南[M].北京：航空工業出版社，2004.