葉 彪，陳根生，武 強(qiáng)

（洪都航空工業(yè)集團(tuán),江西南昌330024）

某型教練機(jī)燃滑油散熱器產(chǎn)生疲勞裂紋故障分析

葉 彪，陳根生，武 強(qiáng)

（洪都航空工業(yè)集團(tuán),江西南昌330024）

針對(duì)某型教練機(jī)燃滑油散熱器產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致燃油泄漏的故障現(xiàn)象，進(jìn)行了地面開(kāi)車試驗(yàn)，同時(shí)，對(duì)燃油系統(tǒng)和燃滑油散熱器的壓力、溫度、流量等進(jìn)行了測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)分析，找出了燃滑油散熱器產(chǎn)生疲勞裂紋的原因。

燃滑油散熱器；疲勞裂紋；地面試驗(yàn)

0 引言

2008年以來(lái)，某型教練機(jī)安裝的進(jìn)口燃滑油散熱器在經(jīng)過(guò)不同飛行小時(shí)的飛行后產(chǎn)生裂紋，并導(dǎo)致燃油泄漏。而燃滑油散熱器是飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，燃油泄漏將對(duì)飛機(jī)飛行安全造成嚴(yán)重的后果。

通過(guò)對(duì)兩臺(tái)有裂紋的燃滑油散熱器分解后發(fā)現(xiàn)，兩臺(tái)燃滑油散熱器為焊縫開(kāi)裂(圖1)。且焊縫裂紋位置完全相同，裂紋均起源于內(nèi)表面，然后向外表面擴(kuò)展，斷口上可見(jiàn)典型的疲勞條帶特征，其焊縫裂紋性質(zhì)相同，均為疲勞開(kāi)裂。

針對(duì)燃滑油散熱器產(chǎn)生的焊縫疲勞裂紋故障現(xiàn)象，采用試驗(yàn)和測(cè)量方法，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)所測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出了故障原因。

圖1 裂紋外觀及位置

1 試驗(yàn)和測(cè)量方法

1.1 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車模擬飛機(jī)飛行狀態(tài)，發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車參數(shù)見(jiàn)表1。并將出現(xiàn)裂紋故障和未出現(xiàn)裂紋的燃滑油散熱器分別安裝在不同的飛機(jī)上，按4種組合情況進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)(表2)。

1)出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器 （燃滑油散熱器已修復(fù)）和飛機(jī)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車試驗(yàn)；

2)未出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器和飛機(jī)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車試驗(yàn)；

3)將出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器安裝在未出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器飛機(jī)上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車試驗(yàn)；

4)將未出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器安裝在出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器飛機(jī)上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車試驗(yàn)。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車參數(shù)

表2 4種組合試驗(yàn)情況

1.2 測(cè)量方法

1)在飛機(jī)燃油系統(tǒng)供油管路的油濾和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油入口之間安裝一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)溫度傳感器，以監(jiān)控飛機(jī)燃油泵和發(fā)動(dòng)機(jī)燃油入口處燃油壓力和溫度的變化；

2）在發(fā)動(dòng)機(jī)燃油入口安裝一個(gè)流量傳感器，以監(jiān)控燃油流量的變化；

3）在燃滑油散熱器燃油入口安裝一個(gè)壓力傳感器，以監(jiān)控燃滑油散熱器燃油入口壓力的變化；

4）在發(fā)動(dòng)機(jī)油門角位移傳感器處引出一個(gè)信號(hào)，以監(jiān)控燃油壓力發(fā)生變化時(shí)出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)上的工作狀態(tài)，測(cè)試框如圖2所示；

5)在地面開(kāi)車過(guò)程中，對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油入口處的溫度、壓力和流量、燃滑油散熱器燃油入口的壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)油門角度進(jìn)行時(shí)間間隔為1秒的連續(xù)數(shù)據(jù)采集，并同時(shí)實(shí)時(shí)顯示溫度、壓力、流量和發(fā)動(dòng)機(jī)油門角度值，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停車后停止數(shù)據(jù)采集并保存采集數(shù)據(jù)。

圖2 測(cè)量框

2 試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果及分析

2.1 第⑴種情況試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果（圖3、圖4）

圖3 第一次開(kāi)車測(cè)量曲線（1）

圖4 第二次開(kāi)車測(cè)量曲線（1）

2.2 第⑵種情況試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果（圖5、圖6）

圖5 第一次開(kāi)車測(cè)量曲線（2）

圖6 第二次開(kāi)車測(cè)量曲線（2）

2.3 第⑶種情況試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果（圖7、圖8）

圖7 第一次開(kāi)車測(cè)量曲線（3）

圖8 第二次開(kāi)車測(cè)量曲線（3）

2.4 第⑷種情況試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果（圖9、圖10）

圖9 第一次開(kāi)車測(cè)量曲線（4）

圖10 第二次開(kāi)車測(cè)量曲線（4）

2.5 結(jié)果分析

試驗(yàn)情況⑴：第一次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為51℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器未出現(xiàn)脈沖壓力，最大壓力為44.3 Psi，如圖3所示。第二次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為60℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器出現(xiàn)大量脈沖壓力，最大壓力為67.2 Psi，如圖4所示。

試驗(yàn)情況⑵：第一次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為53.7℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器未出現(xiàn)脈沖壓力，最大壓力為47.2 Psi，如圖5所示。第二次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為57.4℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器未出現(xiàn)脈沖壓力，最大壓力為46.5 Psi，如圖6所示。

試驗(yàn)情況⑶：第一次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為41.9℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器未出現(xiàn)脈沖壓力，最大壓力為48 Psi，如圖7所示。第二次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為63.7℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器出現(xiàn)少量脈沖壓力，最大壓力為62.2 Psi，如圖8所示。

試驗(yàn)情況⑷：第一次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為49.4℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器未出現(xiàn)脈沖壓力，最大壓力為43.6 Psi，如圖9所示。第二次發(fā)動(dòng)機(jī)地面開(kāi)車，當(dāng)燃油初始溫度為55.3℃時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和燃滑油散熱器未出現(xiàn)脈沖壓力，最大壓力為45.4 Psi，如圖10所示。

從上述試驗(yàn)情況結(jié)果來(lái)看，當(dāng)初始燃油溫度為60℃以下時(shí)，無(wú)論是否曾出現(xiàn)過(guò)裂紋，燃滑油散熱器都未產(chǎn)生脈沖壓力，并且壓力最大值不超過(guò)50 Psi。而當(dāng)燃油初始溫度為60℃以上時(shí)，則有過(guò)裂紋的燃滑油散熱器會(huì)出現(xiàn)脈沖壓力，其壓力峰值為67.2 Psi，時(shí)間不到1 s。這說(shuō)明燃滑油散熱器出現(xiàn)脈沖壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)車前的燃油初始溫度有極大的關(guān)系，開(kāi)車前燃油溫度越高則越易產(chǎn)生脈沖壓力，脈沖壓力為隨機(jī)現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果分析表明，未出現(xiàn)裂紋的燃滑油散熱器在試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有產(chǎn)生脈沖壓力，而只有出現(xiàn)過(guò)裂紋的燃滑油散熱器才會(huì)產(chǎn)生脈沖壓力。因此脈沖壓力是燃滑油散熱器焊縫產(chǎn)生疲勞開(kāi)裂的主要工作應(yīng)力，而且脈沖壓力的峰值大小、脈沖數(shù)量不同，則燃滑油散熱器出現(xiàn)裂紋的時(shí)間和裂紋擴(kuò)展的速度也不同。從而進(jìn)一步表明：燃滑油散熱器出現(xiàn)裂紋主要是由于焊縫結(jié)構(gòu)和性能存在問(wèn)題。

[1]周謨?nèi)?流體力學(xué)泵與風(fēng)機(jī).中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1993年6月.

[2]董春光.飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)-動(dòng)力裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì).航空工業(yè)出版社,2006年.

>>>作者簡(jiǎn)介

葉彪：男，1959年5月出生，1984年畢業(yè)于洪都工學(xué)院，高級(jí)工程師，一直從事電子測(cè)控工作。

陳根生，男，1955年11月出生，1982年畢業(yè)于南京航空航天大學(xué)，高級(jí)工程師，一直從事發(fā)動(dòng)機(jī)安裝設(shè)計(jì)工作。

武強(qiáng)，男，1973年9月出生，1996年畢業(yè)于南昌航空大學(xué)，高級(jí)工程師，一直從事發(fā)動(dòng)機(jī)安裝設(shè)計(jì)工作。

Failure Analysis for Fatigue Crack of Fuel-oil Cooler of a Certain Type of A/C

Ye Biao,Chen Gensheng,Wu Qiang
(Hongdu Aviation Industry Group,Jiangxi Nanchang 330024)

Aiming to the failure phenomenon of the crack resulting in the fuel leakage from the fuel-oil cooler of a certain type of A/C,the ground engine test run was conducted,meanwhile,the pressure,temperature,flow rate of fuel system and fuel-oil cooler were measured.By analysis of the measured data,the cause of the fatigue crack from the fuel-oil cooler was found out.

:fuel-oil cooler；fatigue crack；ground test

2011-12-28)