劉 濤 張蔭鰲 田金光 董 妍

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

1 概述

發(fā)動(dòng)機(jī)外部導(dǎo)管是發(fā)動(dòng)機(jī)輸送燃油、滑油的主要途徑，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件，振動(dòng)因素是發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)管及導(dǎo)管支架斷裂的主要原因。由于管路系統(tǒng)工作環(huán)境溫度經(jīng)常變化而且載荷相當(dāng)復(fù)雜，管路的使用壽命與管路所承受的振動(dòng)應(yīng)力、裝配引起的初始應(yīng)力及焊接、裝配過(guò)程造成的損傷程度等諸多因素密切相關(guān)，每次測(cè)試時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)值也不相同，這些因素會(huì)造成同一導(dǎo)管不同臺(tái)次測(cè)量時(shí)，應(yīng)力、振頻、共振轉(zhuǎn)速等有一定的差別。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)定型前必須進(jìn)行導(dǎo)管振動(dòng)應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)，以保證其工作可靠性。

在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)原型導(dǎo)管提出三種改進(jìn)方案，對(duì)原型導(dǎo)管及改型導(dǎo)管分別進(jìn)行動(dòng)應(yīng)力測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以獲得最佳的改進(jìn)方案。三種方案分別為：

1）將原型導(dǎo)管由“U”改成“Ω”，作為1#導(dǎo)管；

2）將原“U”型導(dǎo)管上測(cè)壓接頭取消，作為2#導(dǎo)管；

3）將原“U”型導(dǎo)管上的所有零件材料改為GH536，作為3#導(dǎo)管。

2 試驗(yàn)方法

2.1 測(cè)試前準(zhǔn)備及貼片

常用的應(yīng)變片有常溫、中溫和高溫三種。我們采用的是常溫應(yīng)變片，型號(hào)：BE120-3AA，電阻值 :119.9±0.1(Ω),靈敏度系數(shù)：2.15±1%。

應(yīng)變片是傳遞試件的微小變形的敏感元件，因此其粘貼工作，是整個(gè)試驗(yàn)中最重要環(huán)節(jié)，應(yīng)變片處理的好壞直接影響測(cè)試結(jié)果。在應(yīng)變片粘貼前，需要對(duì)導(dǎo)管的貼片部位進(jìn)行打磨，用酒精、丙酮擦拭，以保持粘貼部位的清潔。應(yīng)變片粘貼后需要進(jìn)行加壓、加溫固化處理，將處理后的應(yīng)變片進(jìn)行導(dǎo)線焊接，并按照三線制方式進(jìn)行引線。對(duì)于管路系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)變片一般都粘貼在管路兩端和中間部位的管接頭焊縫處，應(yīng)變片的絲柵方向沿管路軸向，為保證測(cè)試到管路的最大動(dòng)應(yīng)力，在每個(gè)測(cè)試截面粘貼兩個(gè)應(yīng)變片，兩個(gè)應(yīng)變片沿圓周方向相差90°，截面振動(dòng)應(yīng)力為兩個(gè)應(yīng)變片測(cè)量值的合力。

2.2 電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理

將電阻應(yīng)變計(jì)安裝在被測(cè)構(gòu)件表面上，構(gòu)件受力而變形時(shí)，電阻應(yīng)變計(jì)的敏感柵隨之產(chǎn)生相同應(yīng)變，其電阻值發(fā)生變化，用儀器測(cè)量此電阻變化即可測(cè)量出構(gòu)件表面沿敏感柵軸線方向的應(yīng)變。因此電阻應(yīng)變計(jì)的主要性能與敏感柵有關(guān)，取敏感柵材料金屬細(xì)絲，研究其把應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的關(guān)系。

金屬細(xì)絲的電阻與絲長(zhǎng)成正比，而與其截面積成反比，電阻相對(duì)變化與應(yīng)變成一定比例，電阻應(yīng)變計(jì)就是利用應(yīng)變－電阻效應(yīng)效應(yīng)制成。

2.3 三線法連接

在非常溫條件下應(yīng)變測(cè)量時(shí)，導(dǎo)線電阻受溫度變化的影響產(chǎn)生熱輸出，許多場(chǎng)合下很難準(zhǔn)確模擬出導(dǎo)線所要經(jīng)歷的溫度變化狀態(tài)，采用導(dǎo)線的三線連接方法來(lái)消除導(dǎo)線熱輸出的影響。在每個(gè)應(yīng)變計(jì)引線上接出三根尺寸、長(zhǎng)度和材料相同的導(dǎo)線，由于工作臂和補(bǔ)償臂中的導(dǎo)線電阻相等，并處于同樣的溫度變化狀態(tài)中，所產(chǎn)生的電阻變化能夠互相抵消，起到溫度補(bǔ)償作用。在批產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)管動(dòng)應(yīng)力試驗(yàn)中，由于試車臺(tái)內(nèi)溫度變化較大，因此也采用了三線法連接導(dǎo)線。

2.4 測(cè)試方法

在工程實(shí)際中，通常采用電阻應(yīng)變計(jì)來(lái)測(cè)量導(dǎo)管在工作過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)變，從而確定其應(yīng)力的大小。振動(dòng)應(yīng)力測(cè)量一般采用電測(cè)法，即將粘貼應(yīng)變計(jì)的被測(cè)導(dǎo)管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，再將應(yīng)變計(jì)的引線通過(guò)屏蔽導(dǎo)線連接到動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀上，通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀對(duì)采集信號(hào)放大調(diào)理，再將調(diào)理后的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集前端進(jìn)行采集，通過(guò)FFT變換進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析。

粘貼在被測(cè)零件上的電阻應(yīng)變計(jì)感受零件振動(dòng)變形，產(chǎn)生電阻變化，電阻變化引起電路輸出電壓變化。通過(guò)胡克定律計(jì)算振動(dòng)應(yīng)力值，而應(yīng)變量與輸出電壓成線性關(guān)系，通過(guò)測(cè)量輸出電壓變化間接測(cè)量出零件振動(dòng)應(yīng)力值。由于測(cè)試時(shí)主應(yīng)力方向不明確，應(yīng)將兩點(diǎn)的應(yīng)力值按進(jìn)行合成應(yīng)力計(jì)算。如果同一轉(zhuǎn)速下有兩個(gè)或兩個(gè)以上激振頻率的振動(dòng)應(yīng)力，則對(duì)各應(yīng)力值求均方根值。

3 測(cè)試試驗(yàn)

將導(dǎo)管在發(fā)動(dòng)機(jī)上安裝固定，整個(gè)管路動(dòng)應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)按專用試車程序進(jìn)行。先將原型導(dǎo)管安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，然后再依次換上1#、2#和3#分別進(jìn)行測(cè)試，整個(gè)試驗(yàn)共開(kāi)車四次。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 導(dǎo)管動(dòng)應(yīng)力測(cè)試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）整個(gè)試車過(guò)程中，應(yīng)變片都完好無(wú)損，信號(hào)正常，采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

（2）原型導(dǎo)管振動(dòng)應(yīng)力值達(dá)54.9 Mpa，而1#導(dǎo)管的振動(dòng)應(yīng)力值是20 Mpa，2#導(dǎo)管的振動(dòng)應(yīng)力值達(dá)74.3 Mpa，3#導(dǎo)管在的振動(dòng)應(yīng)力值達(dá)57.5 Mpa。

（3）從整個(gè)試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果來(lái)看，1#導(dǎo)管的振動(dòng)應(yīng)力值最小，即將導(dǎo)管由“U”形改成“Ω”形的方案效果最好。

[1]張彤.液壓金屬導(dǎo)管破裂原因及預(yù)防的研究 [J].渤海大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，V25（02)：182-184.

[2]唐有才.飛機(jī)液壓導(dǎo)管破裂分析故障及措施[J].航空工程與維修，2001（02）.

[3]張如一，沈觀林，李朝弟.應(yīng)變電測(cè)與傳感器[M].北京：清華大學(xué)出版社，1999.