強(qiáng)度是影響發(fā)動機(jī)安全和壽命的主要問題之一。開展中小型航空發(fā)動機(jī)動應(yīng)力測量技術(shù)研究，可推動和促進(jìn)型號任務(wù)的順利實(shí)施仔蝌，確保研制和排故工作有序展開，提高工作效率。

航空發(fā)動機(jī)零部件的工作環(huán)境十分惡劣敛惊，尤其是渦軸渊鞋、渦槳等中小型發(fā)動機(jī)的動應(yīng)力測量，需解決高溫瞧挤、高轉(zhuǎn)速锡宋、富油、引線空間狹小等技術(shù)難題特恬。以渦軸發(fā)動機(jī)壓氣機(jī)葉片為例执俩，其多級軸流葉片小而薄，有的葉片甚至比剃須刀刀片還小癌刽。

渦軸發(fā)動機(jī)軸流葉片尺寸

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在前期動應(yīng)力測量研究過程中蚤就，常遭遇應(yīng)變計(jì)不能長時(shí)間工作、一次成功率不高等技術(shù)難題虑治。鑒于發(fā)動機(jī)型號研制過程中的動應(yīng)力測量需求闰厨，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在總結(jié)前期多個(gè)型號動應(yīng)力測量經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開展了動應(yīng)力測點(diǎn)位置選取瘪棱、貼片引線工藝改進(jìn)害寸、信號傳輸裝置冷卻方案等研究，旨在提高貼片引線效率和應(yīng)變片存活率丰浙，確保在發(fā)動機(jī)熱端安裝的信號傳輸裝置能夠安全可靠運(yùn)行李腐，以提升動應(yīng)力測量的一次成功率。

總體思路

在開展中小型航空發(fā)動機(jī)動應(yīng)力測量技術(shù)研究時(shí)袄映，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對試驗(yàn)測量精度低憎苦、動應(yīng)力測點(diǎn)失效、信號傳輸裝置損毀等故障現(xiàn)象泽姨，應(yīng)用故障模式和影響過程分析（PFMEA）以及人為因素分析等方法叁震，找到了能夠避免或減少這些潛在失效發(fā)生的措施，建立了循環(huán)反饋的動應(yīng)力測量流程敲坏，在反復(fù)迭代中精準(zhǔn)定位故障原因窘问，尋求解決措施，主要從測點(diǎn)位置選取宜咒、動應(yīng)力測量貼片引線技術(shù)研究惠赫、信號傳輸裝置熱端輸出方案設(shè)計(jì)、滑環(huán)引電器研制等方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破故黑。

研究內(nèi)容

測點(diǎn)位置選取

測點(diǎn)位置選取對提高動應(yīng)力測量成功率尤為關(guān)鍵儿咱，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第※场晶，為確保動應(yīng)力測量結(jié)果的置信度混埠，需獲得足夠數(shù)量的有效測量樣本數(shù)據(jù)怠缸。實(shí)際測量時(shí)，由于通道數(shù)量的限制钳宪，需要在有限的應(yīng)變片數(shù)量條件下揭北，盡量獲得所關(guān)注模態(tài)的較多的應(yīng)力數(shù)據(jù)。通過選取合理測量位置吏颖，可以使應(yīng)變片測得更多階次的振動應(yīng)力數(shù)據(jù)搔体，提高測量結(jié)果的置信度。

第二确确，動應(yīng)力測量結(jié)果的有效性與貼片位置直接相關(guān)尺夺。在動應(yīng)力變化梯度平緩的區(qū)域，應(yīng)變片的測量數(shù)據(jù)可以更準(zhǔn)確地反應(yīng)測點(diǎn)位置的實(shí)際應(yīng)力大小面啄。在考慮應(yīng)力梯度變化的基礎(chǔ)上選擇合適的測點(diǎn)位置可極大提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第三旋挺，貼片和引線對轉(zhuǎn)子的動力學(xué)特性存在一定的影響焊蕉。貼片和引線可能增加轉(zhuǎn)子的不平衡量，使轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性發(fā)生變化责爹，增大測量誤差谊弯，甚至使轉(zhuǎn)子出現(xiàn)異常振動，合適的周向測點(diǎn)布局可以降低這種誤差和異常振動出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)牧僻，提高成功率和有效性霍鹿。

動應(yīng)力測點(diǎn)位置與布局方案設(shè)計(jì)需要綜合考慮部件可能存在的危險(xiǎn)共振、模態(tài)應(yīng)力分布臊整、試驗(yàn)測試條件（如通道數(shù)量）及應(yīng)變片的周向分布等因素障漓。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過模態(tài)頻率及激振分析，識別共振危害性較大的關(guān)鍵模態(tài)蛔琅，在模態(tài)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上進(jìn)行模型修正胎许，提高了危險(xiǎn)模態(tài)識別的準(zhǔn)確性。模態(tài)應(yīng)力分析是測點(diǎn)位置確定的核心內(nèi)容罗售，可以基于應(yīng)力敏感性和應(yīng)力梯度兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)辜窑，綜合評價(jià)測點(diǎn)位置的優(yōu)劣，識別動應(yīng)力貼片的潛在測點(diǎn)寨躁。尋優(yōu)※終確定的測點(diǎn)位置還需要考慮測點(diǎn)位置沿周向的布局穆碎，以減小貼片引線對振動特性可能造成的影響。

貼片引線技術(shù)

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對溫度250℃以下的高轉(zhuǎn)速狀態(tài)零部件動應(yīng)力測量貼片引線技術(shù)進(jìn)行了深入研究职恳，經(jīng)過試驗(yàn)摸索和工藝優(yōu)化所禀，不斷提高應(yīng)變片粘貼和引線技術(shù)水平，縮短貼片引線周期并保證應(yīng)變片一次試驗(yàn)具有較高的存活率话肖；通過在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行齒輪材料樣片的貼片工藝研究北秽、考核及改進(jìn)葡幸，突破富油環(huán)境下動應(yīng)力測量貼片工藝、引線工藝技術(shù)難點(diǎn)贺氓，解決了防油覆蓋膠不耐高轉(zhuǎn)速蔚叨，而應(yīng)變膠不耐油的技術(shù)難題，建立了富油猫单、高轉(zhuǎn)速環(huán)境下應(yīng)變計(jì)膠粘安裝工藝议猛，工藝優(yōu)化后應(yīng)變計(jì)存活率達(dá)到87%以上。

針對中溫（400℃以下）高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下零部件動應(yīng)力測量朗猖，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過對外合作的方式蟋晾，在中溫貼片和引線工藝技術(shù)方面獲得了寶貴經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)提煉新的貼片工藝殿膏，保證了較高的貼片質(zhì)量策哈，極大地提升了中溫轉(zhuǎn)子件動應(yīng)力測量的成功率。

應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變膠的工藝驗(yàn)證

針對高溫（1100℃）高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下的動應(yīng)力測量尘箫，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)對工藝流程及測試設(shè)備開展了研究泪缨，搭建了高溫火焰噴涂貼片廠房，彌補(bǔ)了渦輪葉片等高溫動應(yīng)力測量的不足呛营。

信號傳輸裝置熱端輸出方案

針對發(fā)動機(jī)前端無減速器和附件傳動裝置的情況虱忙，可對發(fā)動機(jī)前端進(jìn)行補(bǔ)加工以適配引電器的安裝，由于發(fā)動機(jī)前端溫度較低嘲谚，不必考慮引電器外部工作環(huán)境溫度過高的問題狼楔。但是，針對前端有減速器或附件傳動裝置的情況缴渊，減速器及附件傳動裝置內(nèi)部涉及大量齒輪結(jié)構(gòu)赏壹，改制加工難度很大，試驗(yàn)時(shí)存在較大風(fēng)險(xiǎn)且時(shí)間及經(jīng)濟(jì)成本高疟暖。因此卡儒，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)提出引電器后輸出方案，不改變發(fā)動機(jī)整體結(jié)構(gòu)并通過雙通道冷卻俐巴，有效地解決了渦輪后端高溫環(huán)境引電器冷卻難題骨望。

試驗(yàn)時(shí)，在軸承腔內(nèi)欣舵、外布置腔溫及腔壓測試線擎鸠。對軸承腔內(nèi)、外腔壓及腔溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測缘圈，既可避免軸承腔內(nèi)壓力大于軸承腔外壓力導(dǎo)致滑油從轉(zhuǎn)接軸篦齒位置泄漏劣光，又可避免引電器工作環(huán)境溫度過高；在監(jiān)測過程中若出現(xiàn)軸承腔外壓力有偏小糟把、溫度偏高的趨勢時(shí)绢涡，可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)冷氣的進(jìn)氣量消弧；采用周向開槽結(jié)構(gòu)，通過將不同規(guī)格的溫度壓力測試線搀尊、油管室域、冷卻液管以及動應(yīng)力信號線從相應(yīng)大小的槽口引出，上端面涂抹密封膠针容，能有效地減少冷氣的泄漏杜域。

滑環(huán)引電器研制

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)自行開展滑環(huán)引電器研制，從引電器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)补蛋、機(jī)械加工和采購唁谣、總體裝配、安裝調(diào)試为毛，對引電器的※終性能做出評估溪惶。高速滑環(huán)引電器的研制成功，突破了國外對此項(xiàng)技術(shù)的封鎖赤巢，改變了高速滑環(huán)引電器維護(hù)保養(yǎng)受制于人的不利局面彤笼，為動應(yīng)力測量的開展提供了有力保障。

滑環(huán)引電器研制技術(shù)路線

質(zhì)量管控

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過對技術(shù)過程進(jìn)行分析仁热，結(jié)合工程實(shí)踐，梳理出如何從貼片點(diǎn)選取的技術(shù)角度提高動應(yīng)力測量成功率的3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)勾哩，向下分解得到6個(gè)影響因素和17個(gè)控制因素抗蠢，對動應(yīng)力貼片中的關(guān)鍵技術(shù)特征準(zhǔn)確識別，找出了動應(yīng)力貼片點(diǎn)位置優(yōu)化思劳、減小貼片點(diǎn)對轉(zhuǎn)子不平衡影響等技術(shù)薄弱環(huán)節(jié)迅矛，明確了模態(tài)識別、模態(tài)應(yīng)力分析和貼片位置周向布局3個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)責(zé)任人潜叛，分別針對各關(guān)鍵環(huán)節(jié)的底事件制定措施分析表秽褒，結(jié)合防錯(cuò)方法，開發(fā)了動應(yīng)力敏感度分析檢查表單和指導(dǎo)書威兜、高敏感度/低應(yīng)力梯度的動應(yīng)力貼片位置優(yōu)化程序销斟、動應(yīng)力貼片位置周向布局優(yōu)化程序，并建立了動應(yīng)力貼片分析標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范椒舵，保證了動應(yīng)力測點(diǎn)選取技術(shù)研究的一次成功蚂踊。

動應(yīng)力貼片點(diǎn)選取一次成功“子成功樹”

貼片引線作為動應(yīng)力測量中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其工藝水平的好壞直接決定著試驗(yàn)的成敗笔宿。影響貼片引線質(zhì)量的因素很多犁钟，主要包括貼片引線工藝的選取、試驗(yàn)件貼片位置可操作性徙掠、貼片位置打磨粗糙度恃葫、應(yīng)變膠層厚度革陋、加溫固化程度、加壓固化程度悉镜、接線端子焊接方式锦钓、引線路徑上銳邊及孔的光滑度、引線路徑上的懸空段恕琅、點(diǎn)焊壓片牢固程度忧龙、裝配對測點(diǎn)的損傷度以及操作人員的經(jīng)驗(yàn)等。整個(gè)貼片引線過程中任一環(huán)節(jié)的疏忽大意都有可能嚴(yán)重影響貼片引線質(zhì)量接窍≡悖考慮到貼片引線的過程管控尤為重要，創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)制定了貼片符合性檢查表單川霞，在應(yīng)變計(jì)安裝與引線的每一個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)兑蹦，細(xì)致查找影響測點(diǎn)存活率的因素。

針對高溫火焰噴涂過程中應(yīng)變計(jì)存活率不高的問題勇垛，運(yùn)用頭腦風(fēng)暴進(jìn)行因果分析脖母，找出末端原因10個(gè)，采用要因確認(rèn)的排查方法對每一個(gè)末端原因進(jìn)行驗(yàn)證分析闲孤。

火焰噴涂質(zhì)量分析魚翅圖

開展信號傳輸裝置熱端輸出設(shè)計(jì)方案研究谆级，設(shè)計(jì)信號傳輸裝置冷卻方案，確保信號傳輸裝置在發(fā)動機(jī)熱端長時(shí)間工作讼积，并保證滑油的密封良好肥照。

通過魚翅圖，對可能導(dǎo)致冷卻效果不符合預(yù)期的情況進(jìn)行梳理分析勤众，通過人舆绎、機(jī)、料们颜、法吕朵、環(huán)、測6個(gè)方面窥突，將可能存在的隱患在初期進(jìn)行排查努溃，有效地保證試驗(yàn)的一次成功。

雙通道冷卻質(zhì)量分析魚翅圖

結(jié)束語

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)通過多輪仿真和試驗(yàn)分析波岛，對貼片位置進(jìn)行了※優(yōu)化設(shè)計(jì)乾哆，建立評估方法和設(shè)計(jì)規(guī)范；提出了抗離心力和熱脹的引線布局方式锅吝，確定了貼片加溫固化新工藝翩愧，攻克了原工藝無法獲取卓越轉(zhuǎn)速下動應(yīng)力測量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的難題；首次提出了后輸出雙通道氣冷方案询晦，通過對引電器的雙通道且獨(dú)立可調(diào)的氣冷保護(hù)坑箭，解決了在熱端引電器不能長時(shí)間工作丐作、穩(wěn)定運(yùn)行的難題；突破了高速滑環(huán)引電器設(shè)計(jì)集成調(diào)試弹臂、信號快速連接等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)秒聪。通過在各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控，實(shí)現(xiàn)了測點(diǎn)數(shù)目減少40%以上的技術(shù)指標(biāo)梨伸，使測點(diǎn)存活率大大提高跷焚，信號傳輸裝置的安全性得到有效保障，使測量設(shè)備的成本降低痪罐，維護(hù)周期縮短逸萄，試驗(yàn)一次成功率得到有效提升。試驗(yàn)結(jié)果為中小型航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子件的設(shè)計(jì)和故障診斷提供了支撐數(shù)據(jù)竭鞍，對研究航空高速轉(zhuǎn)子工作狀態(tài)下的振動特性具有十分重要的意義板惑。

（航空動力 期刊 ，作者胡國安 李堅(jiān) 等）

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