基本介紹
- 中文名：航空發動機可靠性工程
- 外文名：Aero Engine Reliability Engineering
基本概念,試驗方法,可靠性方法,
基本概念
發動機是國民經濟中套用廣泛的主要動力機械之一。其可靠性是指發動機在規定的使用條件下，在規定的時間間隔內，完成規定功能的能力。發動機可靠性是發動機的重要質量指標， 它不僅是產品設計者、製造者所應考慮的問題，也是使用者最為關切的事情。可靠性對發動機運行的經濟性和安全性具有頭等重要意義。
合理安排可靠性試驗是在有限時間內提高發動機整機及成附屬檔案可靠性的有效手段；同時，只有系統安排可靠性試驗驗證，在有限時間內充分暴露故障並進行改進設計，才能提高發動機安全性和可靠性，並按適航要求在定型前初步給出合理的額定值和使用限制，比如允許的超溫、轉子瞬時超轉、喘振次數等。從而滿足航空發動機研製不斷向高可靠性、長壽命方向發展的要求。
試驗方法
發動機可靠性試驗的目的是為了讓產品在投產前把所有可能出現的問題都暴露出來，加以解決。因此制訂試驗規範主要是為了讓產品更快、更明顯地暴露問題。目前國內套用較多的是GB/T 19055-2003《汽車發動機可靠性試驗方法》國家標準中的交變負荷循環試驗規範和冷熱衝擊試驗規範。
交變負荷試驗方法一般採用“矩形”或“鋸齒形”循環試驗方法， 這兩種試驗方法兼顧模擬實際使用工況和模擬零件故障形式， 能達到加速強化試驗的目的，而且可以根據不同發動機的不同要求，或按照特殊考核的要求，靈活設計不同的具體試驗規範。其主要特點是所需的試驗時間長，採用中高轉速，增加了負荷產生的應力交變頻率及溫度，提高了質量慣性所產生的應力及頻率，主要考核發動機在大扭矩和高轉速條件下工作的情況，如曲柄連桿機構、挺桿、搖臂等運動件抗疲勞強度的能力，同時也考核了發動機各個零部件的可靠性，如活塞、水泵等。在油門全閉狀態到105%油門狀態之間的變化，主要用於考核加速變速頻率， 考核曲軸由零負荷載入至全負荷的承受能力，在試驗中，發動機始終處於非穩定工況。零件受到額外的衝擊力，潤滑表面油膜容易破裂。對零件的強度和耐磨性是嚴峻的考驗。
冷熱衝擊試驗冷卻液溫度變化範圍為34～110 ℃。由於在冷熱衝擊工況下，發動機各種零部件受熱狀態突變，按照熱脹冷縮的規律，會降低連線件所形成的壓強，破壞密封件（如氣缸墊被打穿），壓緊件之間相對滑移，扯破密封墊（如排氣歧管墊片）。零件內部受熱不均勻，熱應力交變而開裂（如活塞，缸套等）。改變了運動件間的間隙，可能產生擦傷、刮傷。改變了壓配件之間過盈的狀態，可能產生鬆脫等。因此，該試驗方法被廣泛地用於考核設計過程中的發動機。
深度冷熱衝擊試驗方法是對發動機進行極熱極冷條件下的深度冷熱衝擊試驗考核和研究。其冷卻液溫度控制範圍為-30～120℃， 回響時間為120s；潤滑油溫度控制範圍為-20～140℃，回響時間為600s。主要考核和研究發動機各種密封墊片尤其是氣缸墊片在極度的條件下的密封和可靠性，也可以考核和研究發動機各個主要零部件在極度冷熱變化情況下的機械強度和可靠性。該試驗方法也常用於設計過程中發動機結構和強度的驗證。如果這些運動件的設計尺寸過大，就容易出現擦傷、拉缸等現象，導致發動機功率下降，甚至發動機活塞爆裂等現象。如若設計尺寸過小，就會出現漏氣量過大，嚴重時出現燒機油等現象。因此，冷熱衝擊試驗方法，也是檢驗發動機零部件設計是否合理的一種有效手段。
可靠性方法
為了對發動機進行針對性的考核， 現在的可靠性試驗方法也有較多的專項考核，舉例如下：
a.超速試驗。該試驗方法主要是為了考核汽車不慎在高速比檔位下坡超速滑行時， 配氣機構、連桿、螺栓等工作的可靠性。同時也考核發動機整機的振動疲勞。一般超速試驗的轉速範圍在額定轉速的120%～130%左右。
b. 超負荷試驗。為了評價發動機磨損率，檢查零部件在最大循環溫度變化條件下發動機的機械完整性，一般採用超負荷試驗方法。試驗過程中，零部件受到最大的熱輸出， 最大的機械負荷和最大的動載荷的衝擊。溫度的變化是由高速高負荷快速向低速低負荷轉換引起的。
c. 啟動-怠速-停止試驗。該試驗方法主要考核曲柄、曲軸減振器、曲軸皮帶輪、飛輪和啟動電機等的可靠性。
d. 排氣歧管及密封墊急熱和熱疲勞試驗。該試驗方法主要考核發動機排氣歧管總成和相關墊片在深度熱循環和機械循環試驗條件下的可靠性。
e. 增壓器專項考核試驗。由於增壓器的工作轉速遠遠高於發動機轉速，一旦有故障，其危險性也相當巨大。為充分暴露增壓器的問題，增壓器主要工作在高溫高轉速的惡劣條件下， 這對增壓器的考核相當苛刻。
