■ 杜玉潔 張仕東 李敏/ 中國航發(fā)商發(fā)

適航取證是商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入市場(chǎng)取得商業(yè)化成功的前提條件。基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定中的分解檢查要求以及試驗(yàn)、運(yùn)營、維修等工作場(chǎng)景，開展發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查工作研究，可以確保發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行后的實(shí)物狀態(tài)滿足繼續(xù)使用的要求。

根據(jù)《航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定》（CCAR-33）中開展持久、超溫等適航驗(yàn)證試驗(yàn)的要求，以及發(fā)動(dòng)機(jī)處于在翼狀態(tài)或翻修時(shí)進(jìn)行分解檢查工作的規(guī)定，為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)物狀態(tài)符合型號(hào)設(shè)計(jì)要求、處于安全工作狀態(tài)，以及仍在持續(xù)適航文件和型號(hào)合格數(shù)據(jù)單（TCDS）規(guī)定的使用條件以內(nèi)，需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行分解，檢查各層級(jí)零部件。分解檢查工作包括確定檢查項(xiàng)目、可繼續(xù)使用限制值以及操作規(guī)程等內(nèi)容。難點(diǎn)在于確定各層級(jí)零部件的損傷容限檢測(cè)要求和尺寸檢測(cè)要求中的可繼續(xù)使用限制值。可繼續(xù)使用限制值是在各使用場(chǎng)景下用于判斷發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)營或維修的依據(jù)。

需求來源

商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查需求的主要來源是適航要求、維修性和可靠性要求，如表1所示。

表1 商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查需求

應(yīng)用場(chǎng)景

分解檢查工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于確定發(fā)動(dòng)機(jī)在不同使用場(chǎng)景下的檢查項(xiàng)目、檢查時(shí)間間隔、檢查零部件、零部件損傷模式，以及零部件可用限制值等，最終落實(shí)于CCAR-33.4持續(xù)適航文件中。

目前，民機(jī)持續(xù)適航文件中的檢查類手冊(cè)主要有《飛機(jī)維修手冊(cè)》（AMM）、《發(fā)動(dòng)機(jī)翻修手冊(cè)》（ESM）和《部件維修手冊(cè)》（CMM）。主要用戶分別是航空公司的工程維修部門、發(fā)動(dòng)機(jī)修理廠等。每份手冊(cè)對(duì)應(yīng)不同的使用場(chǎng)景，發(fā)動(dòng)機(jī)層級(jí)、單元體層級(jí)、零部件層級(jí)在各使用場(chǎng)景下規(guī)定了可用限制值要求，判斷零部件是否需要修理或者更換是發(fā)動(dòng)機(jī)是否可以持續(xù)適航的重要判斷依據(jù)。表2總結(jié)了各類手冊(cè)的使用場(chǎng)景和用途。

表2 民機(jī)持續(xù)適航文件中的主要使用手冊(cè)

策劃思路

綜合需求來源、應(yīng)用場(chǎng)景等要求，按正向設(shè)計(jì)方法開展分解檢查研究工作，具體包括以下內(nèi)容：首先，分析和策劃發(fā)動(dòng)機(jī)適航試驗(yàn)、在翼狀態(tài)或維修狀態(tài)等各應(yīng)用場(chǎng)景的分解層級(jí)；其次，確定參與分解檢查維護(hù)的零部件清單；再次，針對(duì)每個(gè)零部件開展功能和故障模式分析工作，確定損傷模式；然后，分析損傷演化機(jī)理，判斷是否可以通過數(shù)值仿真的方法完成計(jì)算驗(yàn)證，或通過核心機(jī)、整機(jī)臺(tái)架/飛行試驗(yàn)完成試驗(yàn)驗(yàn)證；最終，形成可用限制值報(bào)告，用以完善和指導(dǎo)分解檢查工作。圖1為分解檢查工作流程。

圖1 分解檢查工作流程

可用限制值確定

目前，分解檢查工作主要的研究?jī)?nèi)容是可用限制值確定。按CCAR-33.93要求，在各層級(jí)的檢查過程中，判斷發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)是否允許繼續(xù)運(yùn)行的依據(jù)是整機(jī)/單元體/零部件是否超出了可用限制值。發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行持久試驗(yàn)之前須制定整機(jī)/單元體/零部件的可用限制值；各部件系統(tǒng)設(shè)計(jì)部門在制定這些可用限制值時(shí)，根據(jù)零部件的功能和故障模式分析確定損傷模式，采取數(shù)值仿真初步確定可用限制值；而后在部件級(jí)試驗(yàn)、整機(jī)級(jí)試驗(yàn)、發(fā)動(dòng)機(jī)掛飛試驗(yàn)中驗(yàn)證和迭代這些可用限制值。

故障/損傷模式

通過參考多型發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)、單元體/系統(tǒng)、零件/附件已經(jīng)出現(xiàn)的故障/損傷模式，結(jié)合歷次試車后分解檢查情況，盡可能全面地收集零部件實(shí)物的故障/損傷模式，目前已知裂紋、蠕變、燒蝕、腐蝕、彎曲等共計(jì)66種零部件故障/損傷的表現(xiàn)形式，部分示例如表3所示。

初始值確定

各種故障/損傷模式下零部件可用限制值的初步來源有兩類，包括已有經(jīng)驗(yàn)借鑒和計(jì)算分析驗(yàn)證。

根據(jù)CCAR-33.93要求，“如果有計(jì)劃保證在交付第一架裝有該發(fā)動(dòng)機(jī)的航空器之前或者在為裝有該發(fā)動(dòng)機(jī)的航空器頒發(fā)適航證之前完成這些文件，則這些文件在型號(hào)合格審定時(shí)可以是不完備的”。發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)行持久試驗(yàn)?zāi)酥吝m航取證試驗(yàn)時(shí)，往往不具備完整的持續(xù)適航文件以及試驗(yàn)分解檢查所需的可用限制值。發(fā)動(dòng)機(jī)各層級(jí)的零部件設(shè)計(jì)，參考行業(yè)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、部件級(jí)性能、強(qiáng)度試驗(yàn)以及整機(jī)強(qiáng)度考核試驗(yàn)后零部件分解檢查結(jié)果、成熟機(jī)型可用限制值要求，可以初步確定可用限制值，作為持續(xù)適航文件的輸入，并在后續(xù)試驗(yàn)過程（材料試驗(yàn)、典型件試驗(yàn)、部件試驗(yàn)、整機(jī)試驗(yàn)）中持續(xù)迭代。

根據(jù)實(shí)物初始故障/損傷模式，基于零部件工作環(huán)境，借助金相、射線、電鏡、理化測(cè)試等分析手段，以及工程經(jīng)驗(yàn)和排故經(jīng)驗(yàn)，確定損傷演化機(jī)理，運(yùn)用數(shù)值仿真、正向設(shè)計(jì)的方法評(píng)估和計(jì)算零部件損傷的限制值、剩余壽命、定期檢查間隔、整機(jī)翻修時(shí)間間隔；并在探索計(jì)算限制值的過程中，形成針對(duì)損傷模式的數(shù)值仿真計(jì)算方法、可用限制值設(shè)計(jì)規(guī)范。

以裂紋損傷擴(kuò)展演化研究為例，分析流程如圖2所示。通過計(jì)算分析，考慮溫度、載荷等因素后，得到帶裂紋損傷的零部件的裂紋尺寸、裂紋擴(kuò)展壽命，以此評(píng)估結(jié)果作為發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的檢查間隔要求。

圖2 裂紋損傷演化計(jì)算分析流程

落實(shí)驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)部門給出的檢查要求、檢查項(xiàng)目故障/損傷模式與可用限制值要求等，裝配部門完成分解與故障檢查工藝文件編制和工藝驗(yàn)證，建立數(shù)據(jù)庫，提升檢測(cè)能力，記錄分解與故障檢查結(jié)果（含故障/損傷測(cè)量結(jié)果）并反饋給設(shè)計(jì)部門確認(rèn)用于可用值迭代。須嚴(yán)格而仔細(xì)地發(fā)現(xiàn)零部件損傷，記錄每次試車/飛行后損傷擴(kuò)展情況。

結(jié)束語

分解檢查工作需要設(shè)計(jì)、制造、裝配多部門多專業(yè)協(xié)作完成。整機(jī)/單元體/零部件可用限制值的制定需要開展大量理論計(jì)算工作，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證及在翼服役數(shù)據(jù)完成持續(xù)迭代，工作量大、周期長。開展商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查工作的系統(tǒng)性研究，可以為商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制和適航取證工作提供有力支撐。