航空涡喷、涡扇发动机主要零部件定寿指南PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1．1编写的目的和意义 1

1．2航空发动机寿命研究的演变 1

1．2．1整机长期试车定寿 1

1．2．2安全（疲劳）寿命定寿 2

1．2．3损伤容限定寿 2

1．3“七五”以来主要零部件定寿的指导思想 3

1．4发动机定寿的要素和技术途径 3

1．4．1航空发动机定寿五要素 3

1．4．2主要零部件定寿七步骤 4

1．4．3航空发动机整机定寿四步骤 4

1．5本书研究的内容 5

第2章 发动机载荷谱 6

2．1概述 6

2．1．1发动机载荷谱研究的基本概念和内容 6

2．1．2发动机载荷谱在发动机研制和寿命研究中的地位与作用 8

2．1．3确定发动机载荷谱的基本技术途径 11

2．2任务混频和环境混频 12

2．2．1任务混频 12

2．2．2环境混频 18

2．3发动机飞行剖面获取 21

2．3．1用飞行参数记录仪获取发动机飞行剖面 21

2．3．2发动机飞行剖面的专门测试 23

2．3．3飞行剖面的后处理 24

2．3．4飞行剖面的典型化 25

2．4涡喷/涡扇发动机飞行剖面的转换 28

2．4．1飞行剖面的转换条件 28

2．4．2剖面转换方法 28

2．5台架试车条件下主要零部件载荷测试 33

2．5．1台架测试载荷的作用和意义 33

2．5．2整机台架载荷测试的参数 33

2．5．3主要零部件载荷台架测试的关键技术 34

2．6发动机内流与热分析 46

2．6．1内流与热分析的内容 46

2．6．2技术途径 46

2．6．3原始数据 46

2．6．4计算分析方法要点及算例 47

2．7发动机整机载荷谱的编制 49

2．7．1整机载荷谱编制与飞行剖面数据处理 49

2．7．2环境任务载荷参数矩阵的编制 50

2．7．3外部作用力 54

2．7．4整机载荷谱编制实例 54

2．7．5整机载荷谱的使用 56

2．8发动机载荷谱的均值误差和散度分析 60

2．8．1载荷参数均值误差的诸因素分析 60

2．8．2载荷谱均值误差和散度分析的基本方法 61

第3章 航空发动机主要零部件材料的力学性能 64

3．1材料力学性能在发动机设计与定寿中的地位 64

3．2发动机主要零部件设计定寿中的材料问题 64

3．3材料力学性能的基本概念 66

3．3．1常规力学性能 66

3．3．2应力疲劳与应变疲劳 67

3．3．3疲劳裂纹扩展 67

3．3．4断裂韧度 67

3．3．5持久/蠕变 67

3．3．6疲劳/蠕变交互作用 68

3．3．7应力腐蚀 68

3．4材料力学性能常用量符号 69

3．5材料力学性能数据的表达准则 71

3．5．1与材料力学性能有关的统计学概念 71

3．5．2材料力学性能数据的要求与获得 71

3．5．3材料力学性能数据的分析处理与表达 79

3．6零部件设计与定寿对材料力学性能数据的要求 85

3．6．1性能可靠度要求 85

3．6．2试件要求 85

3．6．3轮盘定寿对材料力学性能数据的要求 86

3．6．4轴定寿对材料力学性能数据的要求 86

3．6．5叶片定寿对材料力学性能数据的要求 87

3．6．6机匣定寿对材料力学性能数据的要求 88

3．6．7燃烧室定寿对材料力学性能数据的要求 88

3．7发动机主要零部件典型材料的力学性能数据示例 88

3．7．1常规力学性能 88

3．7．2持久和蠕变性能 95

3．7．3应力疲劳性能 100

3．7．4应变疲劳性能 107

3．7．5疲劳裂纹扩展 110

3．7．6断裂韧度 110

3．7．7应力腐蚀性能 110

第4章 压气机转子叶片的定寿方法 111

4．1概述 111

4．1．1压气机转子叶片的损伤与寿命 111

4．1．2压气机转子叶片寿命研究的意义 113

4．1．3压气机转子叶片寿命研究的技术途径 114

4．2压气机转子叶片寿命研究的特殊性 115

4．2．1高循环疲劳应力谱在寿命研究中的不平稳性 115

4．2．2使用环境在寿命研究中的关键作用 116

4．2．3定期维修在寿命研究中的地位 118

4．3压气机转子叶片故障模式及其分析 119

4．3．1WP7系列压气机转子叶片现行检查标准（含判废标准） 119

4．3．2WP7系列压气机转子叶片因故报废的统计分析 120

4．4剩余疲劳强度理论的基本概念 124

4．4．1损伤物理量——剩余疲劳强度及其衰减比 124

4．4．2损伤极限的许用量 125

4．4．3损伤累积和修复的过程 127

4．5振动疲劳试验及有关分析 127

4．5．1叶片振动疲劳试验设备系统简介 128

4．5．2试验叶片的选取 128

4．5．3转子叶片的频差对比检验 129

4．5．4转子叶片的试验 131

4．5．5微动疲劳现象在试验中的表现及其分析 133

4．6压气机转子叶片的寿命预估及综合评述 134

4．6．1“基准”环境状态和叶片寿命定义 134

4．6．2寿命预估过程的分析 135

4．6．3综合评述 138

第5章 涡轮转子叶片的定寿方法 140

5．1概述 140

5．1．1涡轮转子叶片寿命研究的意义 140

5．1．2影响涡轮转子叶片寿命的主要因素 141

5．1．3涡轮转子叶片定寿的方法和技术途径 142

5．2故障模式及其分析 142

5．2．1涡轮转子叶片判废标准及报废统计 142

5．2．2涡轮转子叶片使用情况统计方法 147

5．2．3涡轮转子叶片的主要故障模式及影响分析 148

5．3载荷的确定 149

5．3．1涡轮转子叶片寿命研究的载荷要求 149

5．3．2涡轮转子叶片载荷谱的确定 151

5．4低循环疲劳/蠕变寿命的预测分析 155

5．4．1寿命预测的理论依据 155

5．4．2寿命预测计算公式及相关的材料数据 157

5．4．3涡轮转子叶片寿命预测的实施方法和程序 157

5．4．4振动影响的分析 165

5．5低循环疲劳/蠕变寿命试验及数据处理 167

5．5．1台架挂片试验 167

5．5．2试验器上加载试验 168

5．5．3阶段使用后叶片的剩余寿命试验 178

5．6寿命的综合评定 178

5．6．1涡轮转子叶片寿命综合评定方法 178

5．6．2涡轮转子叶片实际使用寿命 179

5．7涡轮转子叶片技术寿命的确定——方法总结 180

第6章 压气机轮盘的定寿方法 181

6．1概述 181

6．2故障模式及其分析 182

6．2．1国内外发动机压气机轮盘故障及其分析 182

6．2．2故障分析与排故方法 182

6．2．3压气机轮盘故障的FMEA分析 185

6．3低循环疲劳载荷确定 186

6．3．1强度、寿命计算点的确定 186

6．3．2循环载荷的确定 189

6．4低循环疲劳寿命预测 195

6．4．1低循环疲劳寿命预测方法综述 195

6．4．2低循环疲劳寿命预测程序 211

6．5低循环疲劳寿命试验及其数据处理 214

6．5．1低循环疲劳寿命试验参数确定 214

6．5．2低循环疲劳寿命试验件的选取 215

6．5．3低循环疲劳寿命试验件的试验检查 215

6．5．4低循环疲劳寿命试验方法 215

6．5．5WP7系列发动机高压压气机转子低循环疲劳寿命试验 218

6．6寿命的综合评定 220

6．6．1压气机轮盘寿命的影响因素分析 220

6．6．2课目换算率 221

6．6．3平均飞行换算率 223

6．6．4压气机轮盘的寿命确定 223

第7章 涡轮盘的定寿方法 225

7．1概述 225

7．1．1涡轮盘定寿的内容 225

7．1．2国外的涡轮盘定寿方法 227

7．1．3国内的涡轮盘定寿方法 231

7．1．4涡轮盘定寿方法建议 234

7．2故障模式及其分析 236

7．2．1常见的故障模式 236

7．2．2涡轮盘典型故障模式实例 237

7．2．3涡轮盘故障模式分类 242

7．3低循环疲劳/蠕变载荷的确定 243

7．3．1涡轮盘低循环疲劳载荷的确定 243

7．3．2涡轮盘蠕变载荷的确定 244

7．3．3示例 245

7．4低循环疲劳/蠕变寿命预测分析 246

7．4．1涡轮盘低循环疲劳寿命预测 246

7．4．2涡轮盘蠕变寿命预测 249

7．4．3示例 255

7．5低循环疲劳/蠕变寿命试验及其数据处理 258

7．5．1涡轮盘低循环疲劳寿命试验 258

7．5．2涡轮盘蠕变寿命试验 261

7．5．3示例 264

7．6寿命的综合评定 267

7．6．1涡轮盘的飞行换算率 267

7．6．2涡轮盘定寿中的可靠性分析 272

7．6．3示例 273

第8章 主轴的定寿方法 274

8．1概述 274

8．1．1基本概念 274

8．1．2技术途径 275

8．2故障模式及其分析 276

8．2．1故障模式 276

8．2．2影响程度 276

8．2．3原因分析 276

8．3疲劳载荷谱的确定 276

8．3．1主轴疲劳载荷的确定方法 277

8．3．2主轴标准循环载荷的确定 279

8．3．3主轴飞行换算率的计算 281

8．4主轴应力分析 282

8．4．1有限元应力分析 282

8．4．2光弹性应力分析 283

8．5疲劳寿命的预测方法 284

8．5．1大扭矩为主载荷的寿命预测方法（即“斯贝发动机应力标准”法） 285

8．5．2大弯矩为主载荷的寿命预测方法（WP6轴使用方法） 295

8．5．3复合载荷下的寿命预测方法（WP7轴使用方法） 297

8．6疲劳寿命试验 302

8．6．1试验方法 302

8．6．2疲劳试验中散度系数的确定 303

8．6．3试验载荷的确定 304

8．6．4边界条件模拟 305

8．6．5载荷模拟 305

8．6．6子样的选取原则 307

8．6．7试验程序 307

8．6．8试验数据处理 308

8．7寿命的综合评定 308

8．7．1安全循环寿命 308

8．7．2飞行小时寿命 309

8．8WP7发动机高压涡轮轴安全寿命的确定 309

8．8．1标准循环载荷谱的确定 309

8．8．2应力分析 310

8．8．3疲劳寿命预测分析 315

8．8．4疲劳试验 315

8．8．5寿命的综合评定 320

第9章 机匣的定寿方法 323

9．1概述 323

9．1．1机匣疲劳寿命研究的意义 323

9．1．2研究方法 323

9．1．3技术途径 324

9．2故障调研及其分析 326

9．2．1机匣故障模式的统计及数据分析 326

9．2．2典型故障发生的原因、影响及防止措施 329

9．2．3判废标准及修理方法 332

9．3低循环疲劳载荷的确定 333

9．3．1各种机匣承受的载荷 334

9．3．2标准循环载荷的确定方法 336

9．3．3飞行换算率的确定 336

9．3．4WP7燃烧室机匣低循环疲劳载荷的确定 337

9．4低循环疲劳寿命预测 339

9．4．1局部应力—应变法 339

9．4．2WP7发动机燃烧室外套寿命预测 343

9．5低循环疲劳寿命试验及其数据处理 345

9．5．1焊接接头的疲劳试验 346

9．5．2局部应力模拟疲劳试验 347

9．5．3全尺寸燃烧室机匣低循环疲劳试验 352

9．6寿命综合评定 355

9．6．1寿命分散系数 355

9．6．2WP7发动机燃烧室机匣的低循环疲劳寿命 356

9．6．3讨论 357

第10章 航空发动机寿命与寿命管理 358

10．1概述 358

10．1．1航空发动机寿命 358

10．1．2航空发动机的寿命管理 359

10．2发动机的定寿与延寿 360

10．2．1发动机定寿 360

10．2．2发动机延寿 361

10．3发动机的寿命评估 362

10．3．1总述 362

10．3．2寿命评估法 363

10．3．3寿命评估的内容和程序 364

10．3．4寿命评估的流程图 366

10．4视情维修发动机的单元体结构 367

10．4．1发动机的视情维修 367

10．4．2视情维修与状态监视系统 367

10．4．3视情维修与单元体结构 368

10．4．4发动机单元体寿命 368

10．5航空发动机的寿命管理 369

10．5．1航空发动机寿命的行政管理 369

10．5．2航空发动机寿命的技术管理 374

参考文献 380