航空發動機為什么要做強度試驗

王軍朋

航空發動機研制技術是一個國家航空工業發展的重要指標，是國家科技、工業綜合實力的體現，其重要性不言而喻。今天，我們來講一講航空發動機研制過程中必不可少的一環——航空發動機強度試驗。

航空發動機結構緊湊復雜，且長期暴露于高溫、高壓、高速旋轉和復雜振動等嚴酷環境下，因此，發動機強度試驗挑戰巨大。任何一臺航空發動機正式服役前，必須通過各種試驗，對其性能、功能、強度及可靠性進行充分驗證。只有經歷了各種磨礪之后，才能作為一顆強勁而可靠的“心”推動飛機翱翔藍天。

“航空發動機是試出來的！”已經成為業內共識。那么，航空發動機強度試驗都有哪些項目呢？從航空發動機各組成部分的試驗來分類，可分為全臺發動機的整機試驗和部件試驗，整機試驗一般也稱為試車，包括整機地面試驗、高空模擬試驗、環境試驗和飛行試驗等。部件試驗主要有：進氣道試驗、壓氣機試驗、燃燒室試驗、加力燃燒室試驗、尾噴管試驗、附件試驗以及零組件的強度、振動試驗等。

如果將一臺發動機的設計看作是一個足球隊的訓練和培養，那么部件試驗就相當于對每個隊員能力的測試。其中部件性能測試相當于隊員足球技術和基本功的測試，如帶球、控球、傳接球能力等;而零組件的強度、振動試驗就相當于隊員的體能測試;發動機的各類整機試驗則相當于全隊的各種教學或模擬比賽，通過“比賽”來暴露和解決問題，而發動機一旦正式投入使用，就好比到了正式的比賽場上。“平時多流汗，賽時少流淚”，正如嚴格訓練才能取得好成績一樣，只有以大量的試驗為基礎，才能保證發動機的各項指標滿足設計要求，成為一個合格的產品。

航空發動機在保證其飛行性能的情況下，大家最關心的就是安全可靠性方面的問題，結構強度是保證安全可靠性的重要因素。那么，發動機結構強度又包括哪些內容呢？發動機結構強度研究主要是通過強度理論和試驗測試兩方面，研究發動機結構設計是否合理，是否可以在預定工作壽命周期內承受使用載荷而不失效，同時發現結構薄弱環節或危險部位，在使用中進行強度監控，在失效后進行失效分析，為結構選材、設計、制造和使用提供依據。

開展發動機結構強度研究，首先需要從發動機部件結構的工作環境出發，明確作用在結構上的載荷性質、大小與分布狀態;進而通過強度分析和試驗研究結構在復雜載荷作用下的響應是否滿足強度設計要求，對發動機限壽件還需要采用疲勞理論分析和疲勞試驗相結合的方法驗證其疲勞性能是否滿足要求。可以說，發動機結構強度研究是以強度理論為基礎、以試驗技術為手段的“載荷-響應-強度-壽命”綜合研究體系。

近年來，中國飛機強度研究所航空發動機強度研究團隊秉承“大強度、新強度、數字強度”的發展理念，憑借強度所在飛機結構強度、試驗和研究領域的豐富經驗，針對發動機結構的特殊性，發展形成了發動機部件強度試驗與分析，發動機短艙消聲與吊掛隔振技術等多個發動機結構強度研究方向。目前已具備發動機主軸、盤、葉片及機匣等關鍵部件的靜力、疲勞、沖擊、損傷容限、熱強度等方面的分析與試驗能力，具備短艙聲學與吊掛減振等飛發匹配設計與試驗能力。提升了發動機部件在接近發動機真實工況的復雜綜合環境下的強度分析與試驗能力。

在標準規范更新方面，強度所在前期積累的發動機部件強度試驗經驗的基礎上，補充完善了多個發動機部件強度試驗標準規范。目前，強度所承擔了多項發動機強度相關研究課題，而且與各大發動機主機院所建立了穩定的合作關系，參與了多項我國在研發動機型號相關預研任務，承攬并完成了一批發動機部件強度驗證試驗。為國家重點型號試驗與技術研究提供了基礎支撐，為我國的航空事業快速發展起到積極作用。

目前，強度所正分別在上海和閻良建設民用和軍用航空發動機強度試驗室，建設內容涵蓋輪盤超轉破裂、機匣高溫高壓強度、發動機主軸類部件強度、安裝系統減振性能試驗、短艙消聲性能試驗、葉片高低周復合疲勞、葉片-涂層機匣碰摩、葉輪綜合載荷-響應、旋轉鳥撞等方面的試驗驗證能力，開發更接近發動機真實工況的復雜載荷模擬技術和更先進的測試技術，提升發動機部件強度試驗綜合能力，為我國自主研制航空發動機型號提供試驗技術支撐。（本文圖片由作者提供）