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简论故障航空发动机结构故障方式分析****硕士毕业论文

论文预读:的重大故障,例如****传动伞齿轮断裂会使发动机突然停车。据统计分析,齿轮及传动系统其研究难度,占整个发动机的6.9-13.5%,故障率还将高于此种比率。  5.1 齿轮齿面的机械磨损故障有压陷和剥落等  压陷后的齿面一般不平行原齿面,而成一定的倾斜角β。剥落区域沿齿面高方向在节线上下最为严重。剥落坑为点状,严重的剥落坑互简论故障航空发动机结构故障方式分析****硕士毕业论文

  摘要:航空发动机结构故障是引发飞行事故的重要原因之一,本文从叶片、****

摘自:硕士论文开题报告http://www.fgdxw.com

、主轴与转子系统、主燃烧室和加力燃烧室、齿轮及传动系统、燃油及控制系统几个部分对发动机结构故障进行了分析,对了解不同结构故障的发生率和故障模式具有一定的意义。

  关键词:航空发动机;结构故障;故障模式;疲劳;蠕变;磨损

  发动机是飞机的心脏。飞机的高投入和高风险性,使航空发动机的可靠性成为最引人注目的问题。在发动机中,结构故障引发的飞行事故教训惨重,弄清故障产生的原因,对于预防故障发生有一定的意义。

  1 叶片故障分析

  叶片是航空发动机中重要零件之一,由于功能的关系,其所处的工作环境十分严峻的。受有较高的离心负荷,气动负荷,高温和大气差负荷以及振动的交变负荷等,使叶片容易发生故障。压气机叶片还受发动机进气道外来物的冲击,受风沙、潮湿的侵蚀;涡轮叶片受燃气的腐蚀和高温热应力等。这都使叶片故障大大增多。航空发动机叶片故障占相当大的比例,据统计振动故障率占发动机中总故障率的60%以上,而叶片故障又占振动故障的70%以上。常见的故障现象有:外来物损伤,强度不足和高低周疲劳损伤。其中以疲劳损伤为多。

  2 ****故障分析

  航空发动机****,如涡****,压气机****和风扇****等,是发动机主要受力部件,除****结构复杂,转速很高,有腐蚀介质外,涡****和高增压比压气机后几级****的工作温度比较高以外,切轮缘和轮心间的温差也很大,故****的工作条件十分恶劣。据统计常见的****故障有如下几种:

  2.1 ****外径伸长变形故障

  ****外径为其关键尺寸,如果径向伸长变形超过允许值,必然使固定其上的工作叶片和静止机匣间的径向间隙减小,甚至相磨,使发动机无法可靠工作。造成这个故障的主要原因是,由于结构不合理使****局部工作应力过大;或材料及处理制度选择不恰当,使****材料的屈服极限值减小。这些都可能使****局部产生过大的塑性变形,引起****外径伸长。如果****材料中有缺陷,则更增加了外径的伸长变形量。

  2.2 ****腹板屈曲变形故障

  在一般情况下,所有****均由有相当厚度的轮缘、薄的腹板和厚的中心轮毂等组成。在恶劣的工作条件下,可能导致轮缘中心面相对轮毂中心面产生永久性的轴向变形,此即所谓腹板屈曲。造成这个故障的主要原因是,由于****型面不对称,****两侧的压差和附加结构引起的力矩,或由于相当薄得腹板受到大的压缩载荷作用。

  2.3 ****超转破裂故障

  航空发动机在正常的加速过程中的瞬间超转、燃油调节器失灵、加力燃烧室故障或轴承破坏脱开等其他异常条件下,均会引起****超转。这是如果****材料中有缺陷或尺寸设计不合理,就会出现****超转破裂故障。为了防止这种故障,除需严格杜绝****材料中的固有缺陷外,还需正确设计****结构和选择****材料,使****有足够的超转破裂储备。

  2.4 ****低循环疲劳裂纹故障

  在航空发动机****工作中,主要承受离心应力和热应力作用,二者均随发动机工作状态变化而循环变化。另外,对于局部****还有较大的残余应力作用。由于****形状比较复杂,故在工作中经常出现一些局部应力集中的高应力部位,如****榫槽槽底,榫齿齿根及偏心孔,中心孔等部位。

  3 主轴与转子系统的故障分析

  航空涡轮喷气发动机的主要轴承是连接压气机与涡轮部件并传递涡****率给压气机的重要零部件。转子系统的重要零部件就是盘、轴和叶片,他们一旦出现故障,就会使发动机失去工作能力。因此,主轴与转子系统的故障是属于致命性的。

  发动机主轴是传递涡****率和各种载荷的主要零件,无论是哪一种转子支承形式,其受力都非常复杂的,这些载荷主要有:扭矩、轴向拉伸和弯曲载荷。

  主轴承的故障模式,主要是由各种载荷引起的疲劳断裂和转子系统的振动,它不是承受高温的零件,热腐蚀和环境腐蚀等影响不大,出现的故障模式有:高循环疲劳破坏,低循环疲劳破坏,刚性不足,磨损疲劳,疲劳与蠕变交互作用,转子系统的振动破坏等。

  4 主燃烧室故障分析

  主燃烧室故障与燃烧、加热过程密切相关。它的故障不仅损坏其自身、危害及热端部件,甚至危机飞机安全。

  4.1 受高温热应力引起的故障

  由于它承受的热应力大,温度高,同事局部受热不均,会引起很大热应力,经过一段时间工作而产生变形、裂纹、掉块等。这类故障多发生在火焰筒头部、筒身、燃气导管及后安装边等部位。目前,排除这类故障的措施是加强冷却,减少热应力,或者改换耐热性能更好的材料,或者采用表面隔热涂层保护。

  4.2 受机械振动引起的故障

  受机械振动引起的故障,多发生在联焰管上,如联焰管锁扣裂纹,火焰筒进气孔镶套松动等。另外一个很重要的故障是喷嘴头部螺帽松动。由于喷嘴是火焰筒的前支承,当螺帽装配时拎紧度不够,在承受很大的振动后松动。它的后果是主副油路的喷口串油,从而恶化了副油路单独工作的状态的供油及雾化燃烧过程;也有松动后直接向外漏油的故障。

  4.3 积碳和腐蚀引起的故障

  在局部高温及富油的条件下容易发生积碳。在主燃烧区里高温燃气容易引起严重腐蚀。积碳及腐蚀对喷嘴影响最大。它们破坏喷嘴了表面,特别是破坏了燃油出口的结构形状,使燃油雾化受阻,火焰拖长,而烧坏叶片、喷管等。

  4.4 燃烧过程组织不善引起的故障

  燃油与空气不匹配或者分布不均匀,引起燃烧室出口温度场及全台发动机的燃气温度场不均匀,使发动机的整体性能受影响,试车合格率降低。

  5 齿轮及传动系统故障

  齿轮及传动系统是航空发动机的重要环节之一。它传动扭矩,驱动保证发动机正常工作的何种附件。从发动机的启动到正常工作,它都起着协调和维持的作用。启动及传动系统正常工作与否直接关系到发动机能否继续工作。齿轮及传动系统的故障将诱发或导致发动机的重要部件的重大故障,例如****传动伞齿轮断裂会使发动机突然停车。据统计分析,齿轮及传动系统其研究难度,占整个发动机的6.9-13.5%,故障率还将高于此种比率。

  5.1 齿轮齿面的机械磨损故障有压陷和剥落等

  压陷后的齿面一般不平行原齿面,而成一定的倾斜角β。剥落区域沿齿面高方向在节线上下最为严重。剥落坑为点状,严重的剥落坑互相联通,形成大剥坑,由此形成接触面的不均匀,使得局部应力过大,发展到进展性疲劳点蚀剥落,由于剥落进展酥落的金属粒子,如加入磨料一样更加剧磨损。

  5.2 齿轮振动疲劳损伤故障

  齿轮有本身的固有频率,当齿轮工作中由于转速等原因的激励,与固有频率相吻合时即发生共振。共振是产生初始裂纹的主因,并且裂纹发展很快,破坏力很大。裂纹的分布与振形有密切关系,共振破坏齿轮形貌,使齿轮成块掉下来,这是齿轮共振破坏的模式。

  5.3 外物损伤导致疲劳损伤故障

  一个零构件可因设计不良、外部缺陷或损伤,造成应力集中,构成疲劳源。在加工、装配及维修过程中,零构件表面造成局部的烧蚀和伤痕,又没有引起足够的重视予以清除,就可能成为一个故障源,将引起严重的后果。

  5.4 轴杆的故障模式

  轴或杆一般为传动构件,破坏模式为应力或振动疲劳断裂。断口一般为轴向45度左右,裂纹源于带有R的转接处或孔边的应力集中区。这也是工艺和加工很难处理的地方,工艺和加工超差,又没有科学的处理而留下来的应力集中,将是引起故障的根源。发动机下传动杆断裂故障是一个很明显的例子。

  总之,为了保障飞行安全,避免因发动机结构故障而导致事故的发生,必须了解和掌握发动机结构故障的模式,仔细分析故障原因,正确预防和处置,无论在机务维护上,还是在飞行使用中,都应严格遵照有关规程、规范和标准动作、程序执行。

  作者简介

  姚型彬(1981-),男,吉林省长春市(籍贯),现职称:助理工程师,学历:学士,研究方向:通信。

论文随机片段:、主燃烧室和加力燃烧室、齿轮及传动系统、燃油及控制系统几个部分对发动机结构故障进行了分析,对了解不同结构故障的发生率和故障模式具有一定的意义。  关键词:航空发动机;结构故障;故障模式;疲劳;蠕变;磨损  发动机是飞机的心脏。飞机的高投入和高风险性,使航空发动机的可靠性成为最引人注目的问题。在发动机中,结构故