□ 张江伟 □ 沈 晨 □ 杜智博

中国航发西安航空发动机有限公司 西安 710021

1 分析背景

航空发动机涡轮轴是航空发动机传递扭矩的主要部件之一,涡轮轴结构设计的好坏直接影响涡轮能否正常工作,并影响航空发动机的整体性能。涡轮轴工作环境较为恶劣,承受极复杂的外载荷,包括扭矩、弯矩、轴向力、横向力、振动等。涡轮轴失效,会导致非常严重的后果。国外曾发生过多起航空发动机涡轮轴断裂故障,导致飞行事故或人员伤亡。1987年,波兰一架伊尔-76客机发生涡轮轴折断故障,机上183人全部遇难。普惠公司的JT8D航空发动机由于涡轮轴折断故障,在1969至1990年间共引发28起事故。

涡轮轴结构和可靠性具有高要求,涡轮失效引起的后果严重。很多学者针对涡轮轴的结构设计和强度进行了大量研究工作。涡轮轴几何形状复杂,又承受复合载荷,因此仅依靠应力应变分析和材料试验方法,不能准确确定涡轮轴的疲劳寿命。所以,全尺寸涡轮轴的疲劳寿命试验仍是确定涡轮轴疲劳寿命的主要方法。世界各国军用航空发动机规范对涡轮轴疲劳寿命的要求不尽相同,进行试验验证的设备和方法也各异。英国军用航空发动机通用规范明确规定,用于疲劳试验的标准循环载荷应该是从零到最大扭矩再回到零的循环。笔者针对某型航空发动机涡轮轴尺寸超差,需要对其循环寿命进行预估这一实际工程问题,通过有限元计算、循环寿命估算、低循环疲劳试验,给出尺寸超差涡轮轴的使用意见。……