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全民彩票天天送8元怎么提现_硬核航空 航空发动机中高压压气机钛着火的危害与防止措施

发布时间:2020-01-10 15:32:57 人气:2009

全民彩票天天送8元怎么提现_硬核航空 航空发动机中高压压气机钛着火的危害与防止措施

全民彩票天天送8元怎么提现,陈光/文

自20世纪60年代以来,钛合金在航空发动机中得到广泛应用。在工作温度允许的条件下,压气机盘、转子叶片、静子叶片、机匣与篦齿封严环等均采用钛合金。

但在使用中,许多发动机的旋转钛制零件(转子叶片及封严篦齿等)与静止钛制零件(机匣、静子叶片及封严环等,)相互碰撞、摩擦引起钛合金自燃着火,使压气机的零件烧穿烧毁,严重时,火焰还会烧穿内外涵机匣,导致发动机短舱着火。由于高压压气机内的空气压力、温度较高,因此,钛着火均发生在高压压气机中。

钛合金在压气机中应用的回顾之cf6发动机。cf6发动机于1971年8月开始用于dc 10宽体客机,到1977年底,累积使用达800万小时。自1976年起,钛着火事件不断发生,到1979年年中达到高峰,一年内发生14起钛着火事件,后果严重,着火的主要原因是钛制转动叶片或其碎片与钛制机匣发生摩擦。

pw4000是20世纪80年代研制的用于波音747-400、波音767、md11与a300等大型飞机的新一代发动机,1987年6月投入使用。1986年5月6日该发动机在适航取证过程中,进行包容试验时,由于风扇叶片断裂引起高压压气机喘振,造成压气机第一级转子叶片的叶尖将直接装在钛制机匣上的封严带磨穿并与钛机匣摩擦发生钛着火,向后窜的火焰还将后几级转子叶片部分烧熔。

f404是用于美海军f/a-18 战斗/攻击机的军用涡扇发动机。f/a-18 于1978 年11月首飞,到1986年年初,f404已累积飞行达100万小时。1987年11月美国国防部宣布,在1987年一年内,美海军损失了9架f/a-18,其中4架是因f404发动机钛着火而烧毁的。

钛着火的原因是:折断的高压压气机第1级与第3级转子叶片,卡在转子与机匣之间,并与机匣摩擦而着火。火焰穿出后烧穿外涵道机匣,最终导致飞机着火。

苏联发动机方面。苏联民用发动机的高压压气机由于采用钛合金,转子叶片和静子叶片也曾多次发生钛着火。例如,在1977~1988年间,hk 8、hk 86、Д 30与 АИ 25等发动机发生30余起钛着火。着火原因主要是:叶片断片卡在转子与静子之间、转子止推轴承损坏、转子与静子相碰以及轮盘破裂等因素导致钛零件相互摩擦。

两个钛制零件(例如钛制转子叶片与钛制静子叶片或钛制机匣)相互高速摩擦时,会产生大量摩擦热,引起钛合金自燃着火。根据观测,在高压压气机中,钛合金着火后约5~10s即能将钛机匣烧穿。

钛合金是否易于着火,与流过它周围空气的参数(压力、温度与速度)有关,空气压力与温度较低时,不易发生着火;较高的压力与温度下则易着火。压力愈高,钛合金自燃的温度将会低些。一般在高压压气机3~5级处流过的空气压力与温度恰好落在易使钛着火的参数范围内,因此,钛着火一般均发生在高压压气机中。

造成钛零件相互摩擦的原因有五种,分别是:(1)断片卡在转子与静子间。钛合金由于振动、疲劳、外来物打伤以及压气机喘振造成断裂,断片卡在转子与静子间,形成钛制零件相互摩擦引起着火。

(2)转子的轴向止推轴承损坏。转子的轴向止推轴承(即滚珠轴承)损坏,使转子相对静子发生轴向与径向移动,形成钛件相互摩擦。

(3)轮盘破裂。轮盘破裂(指小的破裂)时的断块卡在机匣与转子间,形成钛制零件相互摩擦引起着火。

(4)装配不当。装配不当,长时间工作后机匣与转子变形/转子不平衡度增加,造成钛零件间的摩擦。

(5)结构设计不合理。结构设计不合理等原因使转子零件(例如转子叶片及封严篦齿等)与对应的钛零件摩擦。

对苏联的民用发动机钛着火事件的统计表明,引起钛零件相互摩擦与着火的原因中,钛叶片折断占43%、轮盘破裂占20%、轴承损坏占17%、结构设计不当导致长时间工作后零件变形占17%、装配不当使静子、转子间相互摩擦占3%。

根据钛着火的原因,采取以下措施:

(1)对转子叶片进行加强与调频。例如,f404 发生钛着火后,首先修改了第1、3级转子叶片设计,使其在长期工作后,也不会出现共振。

(2)加强对发动机状态的监测。例如,在压气机机匣上开孔探仪孔,定期用孔探仪定期监视轮盘工作情况;用滑油屑末分析监测技术加强对轴承的监视等。

(3)改进结构设计。例如,改进不合理的篦齿环结构,加强转子的薄弱部分等。(4)不成对地采用钛合金。彻底解决钛着火问题的办法是在有可能产生钛着火的区域,不要成对地(叶片与机匣、与静子叶片以凹封严篦齿与封严环等)采用钛合金,或在成对采用时采取有效的隔离措施。

根据对现役的英美军民用发动机用材的统计,在高压压气机中,转子叶片只要工作温度允许,都采用钛合金,但静子叶片全部采用合金钢 (如cf6-80c2、cfm56、f404、rb211-535e4/-524d4/-52d4与遄达700)或镍基合金(如pw4000)。机匣大多数采用合金钢,在少数采用钛合金机匣的发动机上则增加了特殊的隔火层,或后来也改用合金钢机匣。

苏联根据多年使用钛合金的经验与对钛着火现象的研究,在苏联的统一民航适航性标准中明确规定,高压压气机零件使用钛合金的温度限制为:转子叶片500℃,静子叶片330 ℃,机匣及封严环330 ℃,篦齿环300 ℃。 根据这一标准,几种民用发动机静子叶片材料均做了更换。

英国民航适航性要求规定,为防止发生钛着火,钛制静子零件的环境条件不应超过:空气压力200kpa,空气流速50m/s。为了比较在一种发动机中采用钛合金“成对级”的平均级数(钛合金“成对级”是指钛转子叶片与钛静子叶片或钛机匣成对使用的级),对西方国家与苏联研制的一些民用发动机进行了统计,统计结果列于表1。

表1、西方国家与苏联民用发动机平均钛合金“成对级”的级数

由表1可见,西方国家的发动机静子叶片采用钛合金的级数大大低于苏联的发动机。不过,苏联在贯彻修订的适航标准后,采用钛合金的级数也在减少。

1987年发生钛着火造成f/a 18战斗/攻击机失事后,对f404 的第1、第3级转子叶片设计首先做了改进,并将高压压气机前机匣由钛合金改用 m152合金钢,外涵机匣由钛合金改为pmr15复合材料,改用材料后,发动机重量增加了0.45kg。

jt9d 7r4高压压气机机匣采用钛合金,但在与钛制转子叶片对应的外环处,单独做了一个钢制外环夹在钛机匣中,钢环内还套有一层橡胶。这样钛制机匣沿轴线做改多段式,在两级轮盘间装有钛制篦齿环,对应的静子封严环采用铝合金,而所有的静子叶片全用合金钢制成。

高压压气机机匣由钛合金制成,但在与转子叶片对应处加装了钢制衬套,衬套内表面钎焊一层金属毛毡易磨条带,如图1所示,钢带厚约1.30mm,金属毛毡厚2.67mm,其上还有斜槽。原型机中,第1级处未采用钢衬套,金属毛毡易磨条带直接嵌在钛机匣中,因而在进行包容试验时,发生了前述的钛着火事件,后来将此处也改成了如图1所示的结构。pw4000所有高压压气机中的静子叶片均采用镍基合金。

cfm56-3高压压气机前机匣原采用了 ti6 4钛合金,但在与工作叶片对应的机匣内壁面上增加了防火隔套、钢制摩擦衬套与铝青铜易磨涂层,如图2 所示。

在 f404 出现钛着火事故改用材料cfm56-3也随之于1987年10月改用了m152合金钢,改料后使 发动机零件数减少 140件,但重量增大5.64千克。后来发展的cfm56-5型也采用了钢机匣。cfm56-3采用合金钢静子叶片。

图2 、cfm56-3高压压气机机匣结构

在初期的cf6即cf6 6/ 50型中,高压压气机前机匣采用钛合金,1979年开始改用钢机匣,一直沿用下来(包括 cf6 80c2/ 80e1及 ge90发动机)。在 cf6 6/ 50型中,静子叶片前3排采用钛合金,但在cf6 80c2型上则全部改用 a286合金钢。

苏联方面的几种民用发动机,其中hk8发动机的高压压气机6级转子叶片与静子叶片原来全部采用钛合金,但从1987年起4~6级静子叶片(工作温度超过300 ℃)改用合金钢材料。

hk86发动机在原设计中,高压压气机6级转子叶片与静子叶片、篦齿环与静子封严环全用钛合金,但从1981年起,4~6级静子叶片(工作温度>300 ℃)、篦齿环与封严环全部改用合金钢。

aИ 25发动机的高压压气机4~6级静子叶片原采用钛合金,在20世纪80年代后,已由钛合金改为合金钢。

Д30发动机在高压压气机原设计中,除第10级静子叶片采用钢材料外,其余各级静子叶片均采用钛合金。在20世纪80年代,第5~9级静子叶片、第4级后的轮盘间鼓环已改用钢材料。

高压压气机中,只要材料的工作温度允许,工作叶片与轮盘应尽量采用钛合金。轮盘工作温度低于转子叶片的温度,因此,后几级中可能采用装镍基合金叶片的钛合金轮盘(例如遄达700)的结构,为此应发展耐更高温度的钛合金。遄达700采用imi834钛合金,制成了全钛转子即是一例。

高压压气机在工作环境温度超过300 ℃时不应采用钛合金“成对级”,温度低于300 ℃ 时最好也不用。应该尽快发展耐火或难燃的钛合金,以增加钛合金“成对级”,使发动机的重量减轻。

工作叶片与机匣均采用钛合金时,应在机匣上加装防火的钢制衬套,并在衬套上涂易摩涂层,在机匣内表面简单地喷涂层是不能防止钛着火问题的,例如 pw4000第 1级着火就是易摩层条带太薄所致。

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