5航空发动机典型结构故障分析

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1、现代航空发动机发展与结构设计第五章航空发动机典型结构故障分析第一节故障分析基本原则和方法航空发动机的研制始终是伴随着各种故障的频繁发生和排除。一台设计成功，使用情况非常良好的发动机，在使用了一段时间，经历过千锤百炼到快要退出历史舞台时，还会出现致命的故障。例如：世界上第一种由普·惠公司研制的，推重比为8一级的加力涡扇发动机F100自1974年装在F-15、随后1978年装于F-16投入服役以来，以及后来GE公司为F-16、F-15研制的F110加力式涡扇发动机（1984年装于F-16），己在美国空军及其它多个国家的空军中服役了二十几年，是当今世界上生产，使用中最多的先进

2、发动机，就是这二型誉满全球的发动机，在使用二十几年后却连续出现重大故障造成了F-16摔机不断。据报导，仅在1998年11月至1999年7月的九个月中，美口空军中由发动机故障引起的F-16摔机事就有八次之多，平均34天出现一次。另外，韩国空军由于F100发动机故障摔掉2架F-16，台湾空军在此期间摔掉4架F-16，三架掉到大海中未找到残骸，一架已确认是由于发动机故障引起的。回顾历史，由发动机的故障而造成摔飞机、机群停飞的事件确实是屡见不鲜，故障不仅出现于小发动机公司或第三世界研制发动机的公司的产品中，也出现在世界最著名的、实力最强的公司产品中，例如上述的F100、F110

3、就是世界著名的三大发动机公司中的普·惠公司、GE公司研制的。这些公司在推进技术方面的发展已经成熟，并在世界上处于领先地位。他们研制发动机时，不仅设计精益求精，而且还进行了广泛的试验，包括大量地面和高空性能试验，而且也充分考虑外场使用情况，进行许多模拟外场使用条件下的性能、强度、振动、耐久性、可靠性试验，其中包括零部件及整机试验。为此，用于发动机研制的费用一般需要10亿美元以上。为什么如此研制的发动机还会冒出令人吃惊、影响非常大的故障呢？这是因为发动机工作条件恶劣多变，使用条件复杂所至。虽然在研制中扩展了试验内容，增大了试验苛刻度，加长了试验时间，但是，模拟终究不等于千变

4、万化的实际条件，所以仍会出现一些影响极大的故障。从这里还可以说明，是人们对发动机的本质问题还有些没有认识到，或认识还有一定片面性，因而在设计、发展过程中，忽略了或未重视某些问题，致使在以后的使用中还会不断出现故障，特别是严重的故障。发动机出现故障，特别是严重的故障时，会造成巨大的经济损失与恶劣的社会影响，是一件坏事；但是如果能认真对待，进行细致分析，找出故障原因，坏事就能变成好事。这是因为找出故障的根源，是对发动机中的某些本质问题的进一步的了解，是一种知识财宝，不仅能举一反三地将它用于在役发动机的改进中，以提高其可靠性与性能，而且将丰富人们对发动机的认识，充实研制发动机

5、的能力，从而能设计、制造出更好的发动机。20世纪50年代，世界上第一种增压座舱旅客机“慧星号”连续二次在大西洋上空爆炸，造成了震惊世界、损失惨重的空难。经过认真分析，找出了事故的原因，那就是飞机体机结构在反复加压、卸压的作用下产生疲劳和矩形舱窗的直角处应力集中，形成裂纹并最终导致机体断裂，造成灾难。自此以后，用血的代价取得的“疲劳”，“应力集中”等概念，深深铭刻在航空工程人员头脑中且贯彻到工程设计中，即是很好的例子。综上所述，即使是比较成熟的发动机，也会在使用很长时间、积累了丰富经验后，还会出现故障甚至是严重的故障，至于正在研制的发动机或刚投入服役的新型发动机，更会故障

6、不断，这是符合客观规律的事实。关键在于当出现故障后，要进行认真的分析，找出故障原因，对症下药地采取排故障的措施，这才是工程技术人员与技术领导人员应做的事。124现代航空发动机发展与结构设计一、故障分析原则1．实事求是在故障分析过程中，一定要实事求是地开展工作，不论是研制单位还是使用单位，不论是设计部门还是制造部门，都应针对故障发生的过程，故障现象，故障件的制造资料（毛坯，热加工艺，冷加工艺，热处理，检验等）如实地反映出来，不应隐瞒某些实情。2）有根有据在故障分析中，特别是作结论时，一定要有根据，所谓有根据，就是要用事实来证实所提出的观点，结论等，不能用推测想当然地作出分

7、析意见。“事实”包括故障件残骸的某些特殊迹象，断口分析照片，材料成分与金相分析结果，强度分析计算结果，振动分析结果，结构设计分析意见，试验特别是故障再现的结果等等。3）用对比的方法进行分析“对比”或“比较”是在故障分析中常用的方法，也是必须采用的方法。例如，对某一故障的发生，认为是恶劣环境造成的，如果在同一环境下，其它发动机同样的零件却不出现这种故障，经过这种比较后，就可推翻原来的结论，至少不能说明该恶劣环境是该故障产生的主要原因。在故障分析中，采用对比的方法找出“差异”是十分关键的。同样的发动机，有的出现某故障，而另一些却不出现，那么分