[原创]战鹰“心脏”知多少——浅谈航空发动机的寿命

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战鹰“心脏”知多少——浅谈航空发动机的寿命

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战鹰“心脏”知多少——浅谈航空发动机的寿命

航空发动机寿命的概念:

发动机的寿命,是指发动机在规定的使用条件下,应该达到的累计工作时间(小时)或循环数(飞行器每使用一次,发动机工作了一个循环),是发动机耐久性的重要指标。许多发动机的寿命,是根据发动机主要零部件的强度设计与试验的结果,以及整台发动机长期考验试车的结果而“规定”的。

发动机工作到了规定的寿命,必须从飞机上拆下,送到制造工厂或修理厂,进行“翻修”工作,即对发动机进行分解、检查、更换磨损或损伤的零件,对转子进行平衡,然后重新装配,在经过性能调整试车,交付使用方检验后,重新出厂。翻修出厂的发动机,又有规定的寿命。几次翻修后,使用到发动机的总寿命时,发动机就完成了它的使命,不能在用了。

衡量发动机寿命的指标—— 翻修寿命和“视情”寿命

一.翻修寿命

翻修寿命是指,新出厂的发动机,从开始使用到翻修时的使用时间,也称首翻期寿命;有时也用两次翻修的间隔时间来衡量。为了确定发动机工作时间,是否达到规定寿命;飞机的维护人员,要在发动机的履历本(详尽档案)上,严格记录下每次开车后,发动机工作的时间,精确到分钟;还要分别记录地面工作时间及飞行时间。

上世纪的五、六十年代,一些军用发动机的首次翻修时间约为100小时,能翻修3~4次,即当时的军用发动机总寿命,在300小时左右。随着科学技术的发展,发动机的寿命也在不断的增长,例如,我国的“太行”发动机,首翻期的寿命为600~800小时,总寿命为2000小时。

由于,工厂生产出一种型号的发动机,随着所装配的飞机各处飞行,完成不同的任务,发动机的使用环境和使用条件相差甚大,对发动机的使用寿命产生较大影响。

例如,在沿海地区的使用,易受海水潮气的作用,某些零件易生锈腐蚀;在高原地区使用时,飞机起飞时推力要比在平原地区飞行更大一些;在多沙尘地区使用时,发动机气流通道中零件,在砂尘的作用下会磨蚀、堵塞等等。这样,有某些发动机可能还未到规定的寿命,就不能工作了;而另一些发动机者反之。在这种情况下,就需要新的衡量指标。


二.“视情”寿命

随着许多先进的、能判断发动机健康状态的各种技术的采用,从上世纪七十年代中后期开始,一些航空发动机的寿命,从“规定”转变为“视情”了,即发动机生产厂商,不给出出发动机规定的寿命(或仅作参考),而是使用者根据发动机健康状态,判断发动机是否需要翻修,发动机的寿命变成了“视情”寿命。在采用视情寿命概念后,同一型号的不同发动机,寿命各异差别极大。现代多数的民用大涵道比涡扇发动机,均采用“视情”寿命。

需要说明的是,当发动机采用“视情”寿命时,发动机的一些主要零件,例如压气机盘、涡轮盘、机匣与轴等,仍然有规定的额定寿命(小时与循环数),这些零件称为“有限寿命的零件”,每型发动机均有专门的“有限寿命的零件”清单,清单中列出这些零件的名称,以及规定的小时与循环数寿命。

根据发动机的健康状况,认为发动机状况良好,仍可以继续工作时;如果有某一个“有限寿命的零件”寿命到期,则需更换这个零件所在的单元体,完成后发动机继续工作,不对发动机的寿命构成影响。


发动机寿命的单位

上世纪五、六十年代,航空发动机的翻修寿命较短,因此仅以小时数表征发动机的寿命。但是,随着发动机寿命的不断增加,出现了另一表征发动机寿命的参数,即循环数——飞机完成一次从起飞到着陆的过程,称发动机完成了一次工作循环。如果某发动机的翻修寿命规定了小时数与循环数,那么,在发动机的使用中,只要某一参数达到了规定值,发动机即不能继续工作,而须送修或报废。

循环数之所以作为发动机寿命参数,是因为循环数能够确切的,考核发动机主要零件的耐疲劳性。(金属材料产生疲劳效应,在反复的运行后,会产生形变、破裂、折断等)

航空发动机中的轮盘、轴与机匣等主要零件,在工作中也会疲劳损坏。以压气机的轮盘为例;在飞机起飞前,发动机未工作,叶片没有离心力作用在轮盘上,轮盘上承受的离心应力为零;起飞时,发动机以最大转速工作,叶片产生巨大的离心应力传给轮盘,轮盘上承受了最大的离心应力;当飞机着陆后发动机停车,作用在轮盘上的离心应力又为零,这样,轮盘的受力就有一个反复的过程,,积累到一定的次数后,轮盘就像正反弯折钢丝一样疲劳。因此,发动机的循环数成为了衡量标准。


与飞机寿命的关系

飞机也有寿命的要求,一般情况用飞机的日历寿命来表示,指从飞机制造出厂日期开始计算,达到安全而经济的最大服役期限,以年为计量单位。例如,美国战斗机的寿命设计指标一般为20年,轰炸机一般为25年,但在实际使用中,随着技术的更新与发展,飞机的日历寿命也不断增长,甚至能够批量超期服役。发动机虽然是飞机的组成部分,其寿命与飞机的日历寿命无直接关系,但是发动机一旦到了寿命,飞机必须进行更换才能正常使用。


(附言:航空发动机的结构包括了,单转子和双转子,其是在采用轴流式压气机的,新型涡轮喷气发动机出现之后产生的。

所谓单转子,就是指涡轮和压气机共用一根转轴,它的优点是,结构简单、造价较低,其缺点是稳定工作范围狭窄。早期的涡喷发动机采用的多是单转子结构。法国的“幻影”2000战斗机,使用的M53发动机是目前世界上唯一现役的单转子发动机。

双转子发动机,即有两个只有气动联系,且具有同心轴转子的涡轮喷气发动机。它把一台高增压比的压气机,分为两个低增压比的压气机,即低压压气机、高压压气机。分别有各自的涡轮,即低压涡轮、高压涡轮所带动,以各自的最佳转速所工作;形成两个只有气动联系的高、低压转子。它的优点是总增压比高,效率高,稳定工作范围宽,起动的功率小,加速性好等等。目前世界上先进的涡轮风扇发动机,都属于双转子发动机。)


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