詹祿祿

摘 要：航空發(fā)動機(jī)在壽命周期內(nèi)服役使用時，既需要保證性能滿足設(shè)計要求，又需要確保安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，因此需要通過一個連續(xù)且嚴(yán)格的過程對其進(jìn)行壽命管理。制定航空發(fā)動機(jī)壽命管理計劃，關(guān)鍵在于對斷裂關(guān)鍵件和耐久性關(guān)鍵件壽命的管理。本文詳細(xì)闡述了某現(xiàn)役航空發(fā)動機(jī)的一種壽命管理方法。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī);壽命管理;關(guān)鍵件

中圖分類號：V263 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）13-0051-02

航空發(fā)動機(jī)在壽命周期內(nèi)服役使用時，既需要保證性能滿足設(shè)計要求，又需要確保安全、可靠和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，因此需要通過一個連續(xù)且嚴(yán)格的過程對其進(jìn)行壽命管理。在長期的實踐中發(fā)現(xiàn)，可通過制定航空發(fā)動機(jī)壽命管理計劃，從安全性、可用性、可靠性、維護(hù)性、性能及經(jīng)濟(jì)可承受性等方面對發(fā)動機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行全面的監(jiān)測和管理。

歐美民用航空發(fā)動機(jī)壽命管理主要是對基于工程計劃和制造計劃確定的零部件壽命進(jìn)行管理，即制定使用管理計劃，以保證航空發(fā)動機(jī)限壽件的完整性，是因為限壽件的失效可能導(dǎo)致危害性發(fā)動機(jī)后果，而制定和實施“三個計劃”，可以最大可能地避免發(fā)生限壽件的失效。軍用航空發(fā)動機(jī)壽命管理在本質(zhì)上與民航?jīng)]有差別，其重點(diǎn)關(guān)注的還是對影響安全的、且有壽命限制的零件。不過因為軍用產(chǎn)品不僅僅是安全，任務(wù)也同等重要，因此美軍標(biāo)對于可能影響任務(wù)完成的耐久性關(guān)鍵件也提出了壽命管理要求。

國內(nèi)航空發(fā)動機(jī)使用管理模式主要學(xué)習(xí)自原蘇聯(lián)，一直采用整機(jī)總壽命和翻修間隔期進(jìn)行壽命控制。因此對于航空發(fā)動機(jī)壽命管理只有形而上的概念，一般將其理解為記錄壽命消耗，主要包括小時數(shù)/循環(huán)數(shù)換算率和大狀態(tài)使用時間統(tǒng)計，即使如此，這些工作也很少針對零部件或單元體進(jìn)行。雖然某些測仿或?qū)＠M(jìn)生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)中，有零部件壽命管理相關(guān)內(nèi)容，實際中也不重視相關(guān)要求。

1 某現(xiàn)役航空發(fā)動機(jī)壽命管理方法

制定航空發(fā)動機(jī)壽命管理計劃，關(guān)鍵在于對斷裂關(guān)鍵件和耐久性關(guān)鍵件的管理。

影響壽命管理計劃制定的因素主要包括以下三個方面：一是服役用法和使用數(shù)據(jù)的收集;二是發(fā)動機(jī)使用維護(hù)大綱;三是修復(fù)備件和購買備件的數(shù)量等備件要求。

壽命管理是一個動態(tài)的過程，因此壽命管理計劃不是一勞永逸，而是需要不斷地更新。

1.1 發(fā)動機(jī)主要零部件定壽

該發(fā)動機(jī)通過載荷譜統(tǒng)計研究、綜合飛行換算率確定、故障調(diào)研分析以及主要零部件的壽命計算和試驗等工作，得到了發(fā)動機(jī)主要零部件的試驗預(yù)測壽命。

1.2 規(guī)定壽命宣布

考慮到試驗條件不能完全模擬實際使用環(huán)境，一般需逐步宣布零部件的規(guī)定壽命。

（1）循環(huán)壽命限制件。斷裂關(guān)鍵件在服役之初一般是通過零部件試驗或基于經(jīng)驗的計算方式給出關(guān)鍵部位、高可靠度的預(yù)定安全循環(huán)循環(huán)壽命（PSCL），如-3σ或B0.1壽命?？尚剂慵某跏荚试S使用循環(huán)壽命等于1/2PSCL，到壽后隨大修抽樣返廠檢查;如果沒有問題，再宣布零件可繼續(xù)使用到3/4PSCL;返廠檢查沒問題后，再宣布零件可達(dá)到全部PSCL許可。

要給出小時壽命，需基于發(fā)動機(jī)設(shè)計用法或外場實際使用用法，針對不同部位確定換算率，將壽命最短部位的壽命值作為零件/單元體預(yù)計安全使用小時壽命?？赏瑫r規(guī)定循環(huán)壽命和小時壽命。

（2）耐久性關(guān)鍵件。對于耐久性關(guān)鍵件，如葉片類零件，服役之初一般通過整機(jī)試驗或計算分析給出中值壽命。但由于其壽命受實際用法影響很大，而且失效不會造成重大安全性問題或中斷任務(wù)執(zhí)行，因此一般綜合考慮失效率、經(jīng)濟(jì)性等因素，隨發(fā)動機(jī)或單元體翻修間隔逐步給定總壽命。

1.3 壽命消耗計算方法

該發(fā)動機(jī)進(jìn)行了歷程記錄儀研制，其通過采集發(fā)動機(jī)高、低壓轉(zhuǎn)速、排氣溫度、油門角度、飛機(jī)起落架等信號，并進(jìn)行實時計算，保存并實時顯示低循環(huán)數(shù)、發(fā)動機(jī)各狀態(tài)工作時間及其他監(jiān)控結(jié)果。因此，后續(xù)歷程記錄儀列裝，則可直接利用其進(jìn)行壽命消耗計算。此外，也可基于載荷譜統(tǒng)計分析結(jié)果，估算零部件壽命消耗。

1.4 零部件可靠性增長研究

可靠性增長計劃目的是為了提高發(fā)動機(jī)安全性和可靠性。一般而言，在發(fā)動機(jī)投入使用之初，可靠性水平一般難以達(dá)到成熟期目標(biāo)值，因此應(yīng)基于研制階段的可靠性和安全性分析（如FTA、FMECA等）制定持續(xù)的零部件改進(jìn)計劃。

隨著外場服役使用，發(fā)動機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)逐步暴露，在統(tǒng)計分析影響發(fā)動機(jī)安全性和可靠性達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，按照影響的嚴(yán)重程度，優(yōu)先安排對安全性和可靠性有重大影響的零件進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

目前該發(fā)動機(jī)尚需開展以下幾個方面工作：一是，技術(shù)質(zhì)量問題進(jìn)一步統(tǒng)計分類研究;二是，反設(shè)計研究;三是，技術(shù)質(zhì)量問題持續(xù)解決;四是，修理技術(shù)深化研究;五是，成附件可靠性增長。

1.5 使用維護(hù)和修理要求

維護(hù)管理的目的是為了評估，當(dāng)發(fā)動機(jī)不適合繼續(xù)使用或需要開展維護(hù)工作時，執(zhí)行維護(hù)管理計劃后能有效地恢復(fù)到可使用的狀態(tài)。也就是說，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行維護(hù)管理的目標(biāo)包括：一是，獲得裝備固有的安全性和可靠性水平;二是，當(dāng)裝備性能降級時，在保證符合壽命限制的基礎(chǔ)上，恢復(fù)其固有的安全性和可靠性水平;三是，為可靠性不達(dá)標(biāo)的零組件的設(shè)計改進(jìn)提供必要的信息;四是，在花費(fèi)最少（包括當(dāng)前的維護(hù)費(fèi)和未來的非計劃維護(hù)費(fèi)）的前提下完成上述目標(biāo)。

該型發(fā)動機(jī)現(xiàn)行使用維護(hù)手冊能夠滿足發(fā)動機(jī)維護(hù)需求，因此該發(fā)動機(jī)主要零部件的壽命管理可直接利用現(xiàn)行有效的維護(hù)手冊，后續(xù)隨維護(hù)手冊的更新，應(yīng)同步更新發(fā)動機(jī)的零部件壽命管理計劃。

雖然該發(fā)動機(jī)之前未制定過壽命管理計劃，但修理技術(shù)條件一直在更新完善。制定壽命管理計劃時，可直接利用該文件。后續(xù)隨著修理條件換版，壽命管理計劃也應(yīng)同步更新。

1.6 使用用法更新

當(dāng)飛機(jī)平臺用法發(fā)生改變時必須進(jìn)行用法統(tǒng)計更新。此外，考慮到不同時期，作戰(zhàn)或訓(xùn)練的針對性可能不一樣，也應(yīng)定期統(tǒng)計更新實際用法。實際使用用法統(tǒng)計，通常應(yīng)包括對高壓或低壓轉(zhuǎn)速歷程、起動次數(shù)、大狀態(tài)時間、發(fā)動機(jī)排氣溫度等。

統(tǒng)計得到外場使用用法后，分析其與零件定壽時用設(shè)計用法的差異，基于分析結(jié)果，更新發(fā)動機(jī)壽命消耗算法，尤其是對于利用經(jīng)驗公式計算循環(huán)壽命消耗的情況。

對于以蠕變、磨損、疲勞蠕變交互作用等共同作用為破壞模式的耐久性關(guān)鍵件，使用用法的統(tǒng)計對于預(yù)計零件能否滿足下個翻修間隔期十分重要;當(dāng)缺乏使用經(jīng)驗時，應(yīng)基于得到的實際使用載荷譜，更新發(fā)動機(jī)持久試車譜，在飛行前利用地面試驗驗證零件的壽命能力。

1.7 定期技術(shù)審查

隨著技術(shù)水平提升、發(fā)動機(jī)使用數(shù)據(jù)和經(jīng)驗的積累，以及外場使用用法的更新，應(yīng)定期審查發(fā)動機(jī)關(guān)鍵件的允許使用壽命，對于不合理的壽命值進(jìn)行更新。

此外，對于盤和軸類零件，目前是基于安全壽命法給出的壽命，后續(xù)損傷容限定壽方法成熟以及材料數(shù)據(jù)足夠后，應(yīng)基于損傷容限定壽方法對該發(fā)動機(jī)全部盤和軸類零件進(jìn)行定壽或壽命評估。

1.8 零部件延壽

對于通過試驗方法確定循環(huán)壽命的零部件，如果試驗中止時，零件沒有檢測出失效裂紋，且外場使用到壽后，失效概率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期，則可通過利用新零件補(bǔ)充開展試驗或計算分析進(jìn)行延壽。

對于壽命主要受大狀態(tài)使用時間限制的耐久性關(guān)鍵件，如果使用到規(guī)定壽命后，因其導(dǎo)致的發(fā)動機(jī)故障率較低，而且修理時經(jīng)濟(jì)性可承受，則其壽命可進(jìn)一步延長。

當(dāng)前該發(fā)動機(jī)的盤和軸均未試驗到出現(xiàn)裂紋，后續(xù)若有需要，具備開展延壽的基礎(chǔ)。渦輪葉片類零件，其能否延壽主要取決于大狀態(tài)時間是否用盡;其它葉片類零件主要看其造成的發(fā)動機(jī)可靠性指標(biāo)是否存在下降趨勢。

2 結(jié)語

（1）制定航空發(fā)動機(jī)壽命管理計劃，目的是為了從安全性、可用性、可靠性、維護(hù)性、性能及經(jīng)濟(jì)可承受性等方面對發(fā)動機(jī)的健康狀態(tài)提供全面的監(jiān)測和管理。其關(guān)鍵在于對斷裂關(guān)鍵件和耐久性關(guān)鍵件的管理。（2）給出了某現(xiàn)役航空發(fā)動機(jī)的壽命管理方法。