戰鷹“心髒”知多少——淺談航空發動機的壽命

戰鷹“心髒”知多少——淺談航空發動機的壽命(鐵血論壇)

航空發動機壽命的概念：

發動機的壽命，是指發動機在規定的使用條件下，應該達到的累計工作時間（小時）或循環數（飛行器每使用一次，發動機工作了一個循環），是發動機耐久性的重要指標。許多發動機的壽命，是根據發動機主要零部件的強度設計與試驗的結果，以及整台發動機長期考驗試車的結果而“規定”的。

發動機工作到了規定的壽命，必須從飛機上拆下，送到製造工廠或修理廠，進行“翻修”工作，即對發動機進行分解、檢查、更換磨損或損傷的零件，對轉子進行平衡，然後重新裝配，在經過性能調整試車，交付使用方檢驗後，重新出廠。翻修出廠的發動機，又有規定的壽命。幾次翻修後，使用到發動機的總壽命時，發動機就完成了它的使命，不能在用了。

衡量發動機壽命的指標—— 翻修壽命和“視情”壽命

一．翻修壽命

翻修壽命是指，新出廠的發動機，從開始使用到翻修時的使用時間，也稱首翻期壽命；有時也用兩次翻修的間隔時間來衡量。為了確定發動機工作時間，是否達到規定壽命；飛機的維護人員，要在發動機的履曆本（詳盡檔案）上，嚴格記錄下每次開車後，發動機工作的時間，精確到分鍾；還要分別記錄地麵工作時間及飛行時間。

上世紀的五、六十年代，一些軍用發動機的首次翻修時間約為100小時，能翻修3～4次，即當時的軍用發動機總壽命，在300小時左右。隨著科學技術的發展，發動機的壽命也在不斷的增長，例如，我國的“太行”發動機，首翻期的壽命為600～800小時，總壽命為2000小時。

由於，工廠生產出一種型號的發動機，隨著所裝配的飛機各處飛行，完成不同的任務，發動機的使用環境和使用條件相差甚大，對發動機的使用壽命產生較大影響。

例如，在沿海地區的使用，易受海水潮氣的作用，某些零件易生鏽腐蝕；在高原地區使用時，飛機起飛時推力要比在平原地區飛行更大一些；在多沙塵地區使用時，發動機氣流通道中零件，在砂塵的作用下會磨蝕、堵塞等等。這樣，有某些發動機可能還未到規定的壽命，就不能工作了；而另一些發動機者反之。在這種情況下，就需要新的衡量指標。

二．“視情”壽命

隨著許多先進的、能判斷發動機健康狀態的各種技術的采用，從上世紀七十年代中後期開始，一些航空發動機的壽命，從“規定”轉變為“視情”了，即發動機生產廠商，不給出出發動機規定的壽命（或僅作參考），而是使用者根據發動機健康狀態，判斷發動機是否需要翻修，發動機的壽命變成了“視情”壽命。在采用視情壽命概念後，同一型號的不同發動機，壽命各異差別極大。現代多數的民用大涵道比渦扇發動機，均采用“視情”壽命。

需要說明的是，當發動機采用“視情”壽命時，發動機的一些主要零件，例如壓氣機盤、渦輪盤、機匣與軸等，仍然有規定的額定壽命（小時與循環數），這些零件稱為“有限壽命的零件”，每型發動機均有專門的“有限壽命的零件”清單，清單中列出這些零件的名稱，以及規定的小時與循環數壽命。

根據發動機的健康狀況，認為發動機狀況良好，仍可以繼續工作時；如果有某一個“有限壽命的零件”壽命到期，則需更換這個零件所在的單元體，完成後發動機繼續工作，不對發動機的壽命構成影響。

發動機壽命的單位

上世紀五、六十年代，航空發動機的翻修壽命較短，因此僅以小時數表征發動機的壽命。但是，隨著發動機壽命的不斷增加，出現了另一表征發動機壽命的參數，即循環數——飛機完成一次從起飛到著陸的過程，稱發動機完成了一次工作循環。如果某發動機的翻修壽命規定了小時數與循環數，那麽，在發動機的使用中，隻要某一參數達到了規定值，發動機即不能繼續工作，而須送修或報廢。

循環數之所以作為發動機壽命參數，是因為循環數能夠確切的，考核發動機主要零件的耐疲勞性。（金屬材料產生疲勞效應，在反複的運行後，會產生形變、破裂、折斷等）

航空發動機中的輪盤、軸與機匣等主要零件，在工作中也會疲勞損壞。以壓氣機的輪盤為例；在飛機起飛前，發動機未工作，葉片沒有離心力作用在輪盤上，輪盤上承受的離心應力為零；起飛時，發動機以最大轉速工作，葉片產生巨大的離心應力傳給輪盤，輪盤上承受了最大的離心應力；當飛機著陸後發動機停車，作用在輪盤上的離心應力又為零，這樣，輪盤的受力就有一個反複的過程，，積累到一定的次數後，輪盤就像正反彎折鋼絲一樣疲勞。因此，發動機的循環數成為了衡量標準。

與飛機壽命的關係

飛機也有壽命的要求，一般情況用飛機的日曆壽命來表示，指從飛機製造出廠日期開始計算，達到安全而經濟的最大服役期限，以年為計量單位。例如，美國戰鬥機的壽命設計指標一般為20年，轟炸機一般為25年，但在實際使用中，隨著技術的更新與發展，飛機的日曆壽命也不斷增長，甚至能夠批量超期服役。發動機雖然是飛機的組成部分，其壽命與飛機的日曆壽命無直接關係，但是發動機一旦到了壽命，飛機必須進行更換才能正常使用。

（附言：航空發動機的結構包括了，單轉子和雙轉子，其是在采用軸流式壓氣機的，新型渦輪噴氣發動機出現之後產生的。

所謂單轉子，就是指渦輪和壓氣機共用一根轉軸，它的優點是，結構簡單、造價較低，其缺點是穩定工作範圍狹窄。早期的渦噴發動機采用的多是單轉子結構。法國的“幻影”2000戰鬥機，使用的M53發動機是目前世界上唯一現役的單轉子發動機。

雙轉子發動機，即有兩個隻有氣動聯係，且具有同心軸轉子的渦輪噴氣發動機。它把一台高增壓比的壓氣機，分為兩個低增壓比的壓氣機，即低壓壓氣機、高壓壓氣機。分別有各自的渦輪，即低壓渦輪、高壓渦輪所帶動，以各自的最佳轉速所工作；形成兩個隻有氣動聯係的高、低壓轉子。它的優點是總增壓比高，效率高，穩定工作範圍寬，起動的功率小，加速性好等等。目前世界上先進的渦輪風扇發動機，都屬於雙轉子發動機。）




發動機壽命(百度百科)

　　發動機在規定的使用條件下應該達到的累計工作時間或工作次數,是發動機耐久性與質量的重要指標,通常以工作時間或循環次數表示，又稱工作壽命。對不同的發動機規定有不同的工作壽命。發動機達到工作壽命後應翻修或報廢。對火箭發動機一般還規定貯存壽命，即在規定的貯存環境條件下的貯存期限。

　　航空發動機的壽命 　航空發動機由開始使用到退役或報廢，實際使用的累計工作時間稱為實際壽命或總壽命。自開始使用到第一次翻修或兩次翻修期間發動機規定的累計工作時間稱翻修壽命。現代軍用活塞式航空發動機與殲擊機用的渦輪噴氣發動機第一次翻修壽命約為200～600小時；民用渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機在2000～4000小時以上。

　　為保證發動機工作的可靠性，現代航空發動機除規定以小時計的工作壽命外，還規定發動機允許使用的工作循環次數（飛行次數）。無論達到哪一指標，均認為發動機壽命結束。這是因為隨飛行器起飛、爬升、巡航、降落等狀況的變化，發動機工作狀態也在不斷變化，從而發動機內的氣動、熱負荷和慣性負荷產生周期循環變化。航空器的一次起落，一般計為發動機完成一次工作循環。這種負荷的低頻率周期循環會引起機件的機械疲勞和熱疲勞，易使它們產生裂紋。發動機上的燃燒室、渦輪等熱端部件允許的工作循環次數與小時壽命，遠低於壓氣機、風扇等冷端部件。例如，用於轟炸機的發動機，冷端部件允許使用1萬小時或2000個工作循環,而熱端部件隻允許5000小時或1000個工作循環。
 
　　使用經驗表明，一方麵有相當多的發動機雖然累計工作時間已達到翻修壽命,實際上仍能繼續使用;另一方麵，也有少數發動機因偶然的早期故障會造成在翻修壽命期間內出現發動機空中停車，甚至需要提前更換發動機。每1000飛行小時中，由發動機故障造成空中停車的次數和提前更換發動機的次數稱為空中停車率和提前換發率，它們也是衡量發動機質量的重要指標。發動機的翻修壽命往往要用若幹台發動機在地麵試驗台上經過長時期試驗來確定，試驗時間一般超過規定翻修壽命。加大負荷的等效試車可以縮短試驗時間。

　　靶機或飛航式導彈上用的燃氣渦輪發動機工作時間很短，使用次數也少，壽命僅幾十分鍾到十幾小時，最長的不超過50小時，通常稱為短壽命發動機或一次使用發動機。

　　火箭發動機的壽命 　火箭發動機工作壽命一般用額定工作時間表示。固體火箭發動機為一次使用，工作時間通常最短的不足1秒，最長在100秒以內。一次使用的液體火箭發動機工作時間可達幾百秒，重複使用的液體火箭發動機的工作壽命按累計工作時間計算，如航天飛機主發動機的工作壽命規定為7.5小時,可使用55個工作循環,脈衝式工作的姿態控製發動機可在軌道上工作7～10年，工作次數達數十萬次。火箭發動機的貯存壽命一般為數年，有時可達數十年。