華繼偉 王立 郭林林 劉創(chuàng)

摘 ?要：本文對《航空發(fā)動機適航規(guī)定》CCAR-33R2第33.64條“發(fā)動機靜承壓件”條款中關于適用對象、符合性驗證方法、工作壓力、工作溫度、材料和工藝、幾何和安裝及評判準則等進行了詳細解析。以解析為基礎，確定了某民用渦軸發(fā)動機滑油管路靜壓試驗的試驗方案、試驗主要技術(shù)參數(shù)和試驗大綱并完成了試驗，試驗結(jié)果符合適航條款要求，試驗通過了適航審查。

關鍵詞：靜承壓件;解析;滑油管路;壓力試驗

中圖分類號：V23 ?文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）17-0000-00

中國民航局（CAAC）發(fā)布的《航空發(fā)動機適航規(guī)定》是航空發(fā)動機進入民用領域的最低安全標準，對保障我國民用航空領域發(fā)動機的使用安全和促進民用航空事業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了重要作用。國內(nèi)現(xiàn)行的《航空發(fā)動機適航規(guī)定》為CCAR-33R2，CCAR-33R2中第33.64 “發(fā)動機靜承壓件”為新增條款，本文針對此條款進行解析，并結(jié)合某渦軸發(fā)動機滑油管路符合性驗證試驗進行說明。

1 CCAR33.64條款技術(shù)內(nèi)涵

1.1適用對象

本條款適用于發(fā)動機承受較大氣體或液體壓力載荷的所有發(fā)動機靜零件，包括但不限于壓氣機、燃燒室、擴散器與渦輪機匣;換熱器;溢流閥螺線管;發(fā)動機起動機;燃料、油與液壓系統(tǒng)零件等。

1.2符合性驗證方法

航空發(fā)動機靜承壓件的條款符合性必須通過試驗、已驗證的分析或兩者結(jié)合的方法來證明。

發(fā)動機靜承壓件通常需要進行靜壓試驗來驗證條款符合性，如果已有設計零件通過試驗驗證或外場經(jīng)驗證明零件符合條款要求，可用分析技術(shù)驗證條款符合性。

條款符合性驗證試驗分為耐壓試驗和極限壓力試驗。耐壓試驗用以驗證靜承壓件滿足CCAR33.64（a）（1）的要求，極限壓力試驗用以驗證靜承壓件滿足CCAR33.64（a）（2）的要求。

1.3影響因素和參數(shù)

1.3.1 工作壓力

發(fā)動機工作壓力水平必須根據(jù)發(fā)動機工作特性結(jié)合發(fā)動機靜承壓件咨詢通告（AC33.64-1）中相關壓力水平的定義給定。AC33.64-1給出CCAR33.64條款中靜承壓件壓力水平定義如下：

正常工作壓力（NWP）：在大多數(shù)飛行中可能發(fā)生的最大壓差，包括閥門和通氣口正常工作產(chǎn)生的壓力波動（喘振）。

最大工作壓力（MWP）：在使用中可能遇到的最不利工作條件下（如前向速度、高度、環(huán)境溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、使用OEI功率）產(chǎn)生的最大壓差，包括閥門和通氣口正常工作產(chǎn)生的任何壓力波動及重大喘振壓力。

最大可能壓力（MPP）：在使用中可能遇到的最不利工作條件下（如前向速度、高度、環(huán)境溫度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、使用OEI功率），連同發(fā)動機或控制系統(tǒng)相關部件失效，或者發(fā)生概率大于極小可能的失效組合條件下，產(chǎn)生的最大壓差。應當考慮包含重大喘振壓力在內(nèi)的由控制裝置和閥門設備正?；驊惫ぷ饕鸬娜魏蚊}動壓力。

根據(jù)規(guī)章要求，靜壓試驗的壓力取最惡劣情況。耐壓試驗的壓力取1.1倍MWP、1.33倍NWP和NWP+35kPa三個計算值中的大值;極限壓力試驗的壓力取1.15倍MPP、1.5倍MWP和MPP+35kPa三個計算值中的大值。

1.3.2 工作溫度

靜壓試驗的壓力選取需要考慮零件工作溫度：

（1）如果靜承壓件在發(fā)動機工作過程中承受熱應力，應對試驗壓力進行熱應力修正。如果熱應力對靜承壓件的影響不能通過修正試驗壓力來模擬，那么必須對不考慮熱應力試驗結(jié)果的有效性進行分析。此條主要適用對象是渦輪機匣等工作溫度梯度較大的靜承壓件。

（2）靜承壓件的靜壓試驗理論上需要在最大工作溫度下進行。若試驗在其他溫度下進行，必須考慮最大工作溫度和試驗溫度下的靜承壓件材料性能的差異。以試驗溫度20℃為例，需要加權(quán)溫度系數(shù)來對試驗壓力進行修正，溫度系數(shù)計算公式如下：

注：T為零件的工作溫度。

1.3.3 其他靜載荷

壓力試驗的壓力選取需要考慮的除壓力載荷外任何其他重要靜載荷：

（1）如果除壓差引起的載荷外，零件還承受其它載荷（如機動飛行載荷，發(fā)動機安裝節(jié)載荷等），應根據(jù)這些載荷的影響對試驗壓力進行修正。如果這些載荷對靜承壓件的影響不能通過修正試驗壓力來模擬，那么試驗時必須對靜承壓件施加這些載荷。此條主要適用對象是渦輪機匣等處于傳力路線上的靜承壓件。

（2）如果零件在工作中經(jīng)受的壓力隨零件位置（內(nèi)部或外部應力梯度）變化，那么靜壓試驗必須對靜壓件所處壓力場進行模擬。此條主要適用對象是壓氣機機匣等所受壓力隨位置變化的靜壓承力件。

1.3.4 材料和工藝

壓力試驗的壓力選取需要考慮零件的材料的最低性能和加工工藝。

（1）如果靜承壓件有多種材料構(gòu)成，選取最低性能材料的最低性能作為試驗壓力選取依據(jù)。

（2）如果靜承壓件采用焊接等形式加工而成，需要考慮加工工藝對母材性能的影響，需要加權(quán)工藝系數(shù)來對試驗壓力進行修正，工藝系數(shù)根據(jù)相關材料和設計規(guī)范制定。

1.3.5 幾何和安裝

壓力試驗的壓力選取需要考慮型號設計允許的任何不利的幾何形狀的影響：

（1）部件壓力試驗應該在關鍵零件位置處模擬與發(fā)動機工作狀態(tài)一致的實際安裝和約束條件。

（2）耐壓承力件本身型號設計允許的任何不利的幾何形狀。

為保證壓力試驗的有效性，需要加權(quán)幾何和安裝系數(shù)來對試驗壓力進行修正，系數(shù)計算方法如下：

耐壓承力件的上公差（下公差）-耐壓承力件安裝接口之間的下公差（上公差）累積|作為零件裝配應變，通過計算得到裝配應力，從而得到幾何安裝系數(shù)。

1.4評判準則

CCAR33.64規(guī)定發(fā)動機靜承壓件設計必須滿足以下要求：

（1）發(fā)動機靜承壓件在經(jīng)受§33.64（a）（1）和（b）規(guī)定的壓力載荷時可以穩(wěn)定保持一分鐘而不出現(xiàn)超過使用限制的永久變形或者發(fā)生可能導致危害性發(fā)動機后果的泄漏。

（2）發(fā)動機靜承壓件在經(jīng)受§33.64（a）（2）和（b）規(guī)定的壓力載荷時可以穩(wěn)定保持一分鐘而不發(fā)生破裂或爆破。

2某渦軸發(fā)動機滑油管路靜壓試驗

某渦軸發(fā)動機滑油管路靜壓試驗是發(fā)動機取證試驗之一，靜壓試驗的試驗壓力影響因素和參數(shù)根據(jù)上述條款解析選取。

2.1影響因素和參數(shù)

2.1.1壓力

發(fā)動機設計規(guī)范中已給定滑油系統(tǒng)管路的工作壓力和工作溫度，見表1。

2.1.2溫度

試驗環(huán)境溫度和試驗介質(zhì)溫度取20±5℃，試驗需要考慮試驗溫度與工作溫度水平下材料性能的差異。

滑油管路材料不同溫度下的性能見圖1。

根據(jù)表1和圖1可求得滑油管路試驗壓力溫度系數(shù)，見表2。

2.1.3其他靜載荷

滑油管路不處在發(fā)動機傳力路線上，受到的機動飛行載荷等載荷的影響較小，可不考慮。

滑油管路安裝在發(fā)動機外部，處于大氣環(huán)境中，壓力均勻;滑油管路內(nèi)部為滑油通道，管路本身流阻很小，內(nèi)部壓力均勻。

綜上所述滑油管路靜壓試驗可不考慮其受到的其他靜載荷。

2.1.4材料和工藝

試驗所選滑油管路由不銹管管和管接頭焊接而成，由數(shù)據(jù)可知，馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼不同組織的焊接接頭抗拉強度與奧氏體不銹鋼母材相接近。與奧氏體不銹鋼母材相比，抗拉強度下降了2.04%;與馬氏體不銹鋼母材相比，抗拉強度下降了12.9%。根據(jù)上訴資料結(jié)合管路設計規(guī)范確定管路的工藝系數(shù)。

耐壓試驗工藝系數(shù)：

K2_PP=1.15

極限壓力試驗工藝系數(shù)：

K2_up=1.25

2.1.5幾何和安裝

根據(jù)靜壓試驗的滑油管路和安裝接口的公差，求得相應的裝配應變?yōu)?mm，經(jīng)過換得到幾何和安裝系數(shù)K3=1.15。

2.2試驗壓力計算

2.2.1耐壓試驗壓力計算

A=MWP×1.1×K1_PP（MWP） ×K2_PP×K3

B=NWP×1.33×K1_PP（NWP） ×K2_PP×K3

C=（ NWP+35）×K1_PP（NWP） ×K2_PP×K3

D=MAX（A，B，C）

根據(jù)計算得到D=3259Mpa，耐壓試驗壓力取值3500Mpa。

2.2.2極限壓力試驗壓力計算

A=MPP×1.15×K1_UP（MPP） ×K2_UP×K3

B=MWP×1.5×K1_UP（MWP） ×K2_UP×K3

C=（ MPP+35）×K1_UP（MPP） ×K2_UP×K3

D=MAX（A，B，C）

根據(jù)計算得到D=4166Mpa，極限壓力試驗壓力取值4500Mpa。

2.3試驗原理

某渦軸發(fā)動機典型管路壓力試驗原理如圖2所示，壓力試驗通過壓力表控制管路內(nèi)試驗介質(zhì)的壓力，通過溫控箱控制試驗介質(zhì)的溫度，通過試驗臺的相關設備控制試驗環(huán)境溫度。

2.4試驗過程概述

滑油管路靜壓試驗分為耐壓試驗和極限壓力試驗：耐壓試驗需要滑油管路中的試驗介質(zhì)在3500MPa壓力水平上穩(wěn)定1分鐘;極限壓力試驗需要滑油管路中的試驗介質(zhì)在4500MPa壓力水平上穩(wěn)定1分鐘。兩個試驗的試驗環(huán)境溫度和管路中的試驗介質(zhì)溫度都需要控制在20±5℃。

2.5試驗結(jié)果

用于耐壓試驗滑油管路未發(fā)生超出設計要求變形，試驗過程中未發(fā)生泄露;用于極限壓力試驗滑油管路未發(fā)生破裂或爆破。試驗大綱和試驗條件獲得審查組批準，整個試驗審查組全程目擊，試驗通過適航審查。

3結(jié)語

本文對CCAR-33R2中第33.64 條“發(fā)動機靜承壓件”條款進行了詳細解析，以此為基礎，確定了某民用渦軸發(fā)動機滑油管路靜壓試驗的試驗方案、試驗主要技術(shù)參數(shù)和試驗大綱。在中國民航發(fā)動機適航審定中心的見證下完成了試驗，試驗結(jié)果符合適航條款要求，試驗通過了適航審查。

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收稿日期：2019-07-18

作者簡介：華繼偉（1990—），男，山東泰安人，本科，工程師，研究方向：航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)設計。