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第1章 绪论1

1．1编写的目的和意义1

1．2航空发动机寿命研究的演变1

1．2．1整机长期试车定寿1

1．2．2安全（疲劳）寿命定寿2

1．2．3损伤容限定寿2

1．3“七五”以来主要零部件定寿的指导思想3

1．4发动机定寿的要素和技术途径3

1．4．1航空发动机定寿五要素3

1．4．2主要零部件定寿七步骤4

1．4．3航空发动机整机定寿四步骤4

1．5本书研究的内容5

第2章 发动机载荷谱6

2．1概述6

2．1．1发动机载荷谱研究的基本概念和内容6

2．1．2发动机载荷谱在发动机研制和寿命研究中的地位与作用8

2．1．3确定发动机载荷谱的基本技术途径11

2．2任务混频和环境混频12

2．2．1任务混频12

2．2．2环境混频18

2．3发动机飞行剖面获取21

2．3．1用飞行参数记录仪获取发动机飞行剖面21

2．3．2发动机飞行剖面的专门测试23

2．3．3飞行剖面的后处理24

2．3．4飞行剖面的典型化25

2．4涡喷/涡扇发动机飞行剖面的转换28

2．4．1飞行剖面的转换条件28

2．4．2剖面转换方法28

2．5台架试车条件下主要零部件载荷测试33

2．5．1台架测试载荷的作用和意义33

2．5．2整机台架载荷测试的参数33

2．5．3主要零部件载荷台架测试的关键技术34

2．6发动机内流与热分析46

2．6．1内流与热分析的内容46

2．6．2技术途径46

2．6．3原始数据46

2．6．4计算分析方法要点及算例47

2．7发动机整机载荷谱的编制49

2．7．1整机载荷谱编制与飞行剖面数据处理49

2．7．2环境任务载荷参数矩阵的编制50

2．7．3外部作用力54

2．7．4整机载荷谱编制实例54

2．7．5整机载荷谱的使用56

2．8发动机载荷谱的均值误差和散度分析60

2．8．1载荷参数均值误差的诸因素分析60

2．8．2载荷谱均值误差和散度分析的基本方法61

第3章 航空发动机主要零部件材料的力学性能64

3．1材料力学性能在发动机设计与定寿中的地位64

3．2发动机主要零部件设计定寿中的材料问题64

3．3材料力学性能的基本概念66

3．3．1常规力学性能66

3．3．2应力疲劳与应变疲劳67

3．3．3疲劳裂纹扩展67

3．3．4断裂韧度67

3．3．5持久/蠕变67

3．3．6疲劳/蠕变交互作用68

3．3．7应力腐蚀68

3．4材料力学性能常用量符号69

3．5材料力学性能数据的表达准则71

3．5．1与材料力学性能有关的统计学概念71

3．5．2材料力学性能数据的要求与获得71

3．5．3材料力学性能数据的分析处理与表达79

3．6零部件设计与定寿对材料力学性能数据的要求85

3．6．1性能可靠度要求85

3．6．2试件要求85

3．6．3轮盘定寿对材料力学性能数据的要求86

3．6．4轴定寿对材料力学性能数据的要求86

3．6．5叶片定寿对材料力学性能数据的要求87

3．6．6机匣定寿对材料力学性能数据的要求88

3．6．7燃烧室定寿对材料力学性能数据的要求88

3．7发动机主要零部件典型材料的力学性能数据示例88

3．7．1常规力学性能88

3．7．2持久和蠕变性能95

3．7．3应力疲劳性能100

3．7．4应变疲劳性能107

3．7．5疲劳裂纹扩展110

3．7．6断裂韧度110

3．7．7应力腐蚀性能110

第4章 压气机转子叶片的定寿方法111

4．1概述111

4．1．1压气机转子叶片的损伤与寿命111

4．1．2压气机转子叶片寿命研究的意义113

4．1．3压气机转子叶片寿命研究的技术途径114

4．2压气机转子叶片寿命研究的特殊性115

4．2．1高循环疲劳应力谱在寿命研究中的不平稳性115

4．2．2使用环境在寿命研究中的关键作用116

4．2．3定期维修在寿命研究中的地位118

4．3压气机转子叶片故障模式及其分析119

4．3．1WP7系列压气机转子叶片现行检查标准（含判废标准）119

4．3．2WP7系列压气机转子叶片因故报废的统计分析120

4．4剩余疲劳强度理论的基本概念124

4．4．1损伤物理量——剩余疲劳强度及其衰减比124

4．4．2损伤极限的许用量125

4．4．3损伤累积和修复的过程127

4．5振动疲劳试验及有关分析127

4．5．1叶片振动疲劳试验设备系统简介128

4．5．2试验叶片的选取128

4．5．3转子叶片的频差对比检验129

4．5．4转子叶片的试验131

4．5．5微动疲劳现象在试验中的表现及其分析133

4．6压气机转子叶片的寿命预估及综合评述134

4．6．1“基准”环境状态和叶片寿命定义134

4．6．2寿命预估过程的分析135

4．6．3综合评述138

第5章 涡轮转子叶片的定寿方法140

5．1概述140

5．1．1涡轮转子叶片寿命研究的意义140

5．1．2影响涡轮转子叶片寿命的主要因素141

5．1．3涡轮转子叶片定寿的方法和技术途径142

5．2故障模式及其分析142

5．2．1涡轮转子叶片判废标准及报废统计142

5．2．2涡轮转子叶片使用情况统计方法147

5．2．3涡轮转子叶片的主要故障模式及影响分析148

5．3载荷的确定149

5．3．1涡轮转子叶片寿命研究的载荷要求149

5．3．2涡轮转子叶片载荷谱的确定151

5．4低循环疲劳/蠕变寿命的预测分析155

5．4．1寿命预测的理论依据155

5．4．2寿命预测计算公式及相关的材料数据157

5．4．3涡轮转子叶片寿命预测的实施方法和程序157

5．4．4振动影响的分析165

5．5低循环疲劳/蠕变寿命试验及数据处理167

5．5．1台架挂片试验167

5．5．2试验器上加载试验168

5．5．3阶段使用后叶片的剩余寿命试验178

5．6寿命的综合评定178

5．6．1涡轮转子叶片寿命综合评定方法178

5．6．2涡轮转子叶片实际使用寿命179

5．7涡轮转子叶片技术寿命的确定——方法总结180

第6章 压气机轮盘的定寿方法181

6．1概述181

6．2故障模式及其分析182

6．2．1国内外发动机压气机轮盘故障及其分析182

6．2．2故障分析与排故方法182

6．2．3压气机轮盘故障的FMEA分析185

6．3低循环疲劳载荷确定186

6．3．1强度、寿命计算点的确定186

6．3．2循环载荷的确定189

6．4低循环疲劳寿命预测195

6．4．1低循环疲劳寿命预测方法综述195

6．4．2低循环疲劳寿命预测程序211

6．5低循环疲劳寿命试验及其数据处理214

6．5．1低循环疲劳寿命试验参数确定214

6．5．2低循环疲劳寿命试验件的选取215

6．5．3低循环疲劳寿命试验件的试验检查215

6．5．4低循环疲劳寿命试验方法215

6．5．5WP7系列发动机高压压气机转子低循环疲劳寿命试验218

6．6寿命的综合评定220

6．6．1压气机轮盘寿命的影响因素分析220

6．6．2课目换算率221

6．6．3平均飞行换算率223

6．6．4压气机轮盘的寿命确定223

第7章 涡轮盘的定寿方法225

7．1概述225

7．1．1涡轮盘定寿的内容225

7．1．2国外的涡轮盘定寿方法227

7．1．3国内的涡轮盘定寿方法231

7．1．4涡轮盘定寿方法建议234

7．2故障模式及其分析236

7．2．1常见的故障模式236

7．2．2涡轮盘典型故障模式实例237

7．2．3涡轮盘故障模式分类242

7．3低循环疲劳/蠕变载荷的确定243

7．3．1涡轮盘低循环疲劳载荷的确定243

7．3．2涡轮盘蠕变载荷的确定244

7．3．3示例245

7．4低循环疲劳/蠕变寿命预测分析246

7．4．1涡轮盘低循环疲劳寿命预测246

7．4．2涡轮盘蠕变寿命预测249

7．4．3示例255

7．5低循环疲劳/蠕变寿命试验及其数据处理258

7．5．1涡轮盘低循环疲劳寿命试验258

7．5．2涡轮盘蠕变寿命试验261

7．5．3示例264

7．6寿命的综合评定267

7．6．1涡轮盘的飞行换算率267

7．6．2涡轮盘定寿中的可靠性分析272

7．6．3示例273

第8章 主轴的定寿方法274

8．1概述274

8．1．1基本概念274

8．1．2技术途径275

8．2故障模式及其分析276

8．2．1故障模式276

8．2．2影响程度276

8．2．3原因分析276

8．3疲劳载荷谱的确定276

8．3．1主轴疲劳载荷的确定方法277

8．3．2主轴标准循环载荷的确定279

8．3．3主轴飞行换算率的计算281

8．4主轴应力分析282

8．4．1有限元应力分析282

8．4．2光弹性应力分析283

8．5疲劳寿命的预测方法284

8．5．1大扭矩为主载荷的寿命预测方法（即“斯贝发动机应力标准”法）285

8．5．2大弯矩为主载荷的寿命预测方法（WP6轴使用方法）295

8．5．3复合载荷下的寿命预测方法（WP7轴使用方法）297

8．6疲劳寿命试验302

8．6．1试验方法302

8．6．2疲劳试验中散度系数的确定303

8．6．3试验载荷的确定304

8．6．4边界条件模拟305

8．6．5载荷模拟305

8．6．6子样的选取原则307

8．6．7试验程序307

8．6．8试验数据处理308

8．7寿命的综合评定308

8．7．1安全循环寿命308

8．7．2飞行小时寿命309

8．8WP7发动机高压涡轮轴安全寿命的确定309

8．8．1标准循环载荷谱的确定309

8．8．2应力分析310

8．8．3疲劳寿命预测分析315

8．8．4疲劳试验315

8．8．5寿命的综合评定320

第9章 机匣的定寿方法323

9．1概述323

9．1．1机匣疲劳寿命研究的意义323

9．1．2研究方法323

9．1．3技术途径324

9．2故障调研及其分析326

9．2．1机匣故障模式的统计及数据分析326

9．2．2典型故障发生的原因、影响及防止措施329

9．2．3判废标准及修理方法332

9．3低循环疲劳载荷的确定333

9．3．1各种机匣承受的载荷334

9．3．2标准循环载荷的确定方法336

9．3．3飞行换算率的确定336

9．3．4WP7燃烧室机匣低循环疲劳载荷的确定337

9．4低循环疲劳寿命预测339

9．4．1局部应力—应变法339

9．4．2WP7发动机燃烧室外套寿命预测343

9．5低循环疲劳寿命试验及其数据处理345

9．5．1焊接接头的疲劳试验346

9．5．2局部应力模拟疲劳试验347

9．5．3全尺寸燃烧室机匣低循环疲劳试验352

9．6寿命综合评定355

9．6．1寿命分散系数355

9．6．2WP7发动机燃烧室机匣的低循环疲劳寿命356

9．6．3讨论357

第10章 航空发动机寿命与寿命管理358

10．1概述358

10．1．1航空发动机寿命358

10．1．2航空发动机的寿命管理359

10．2发动机的定寿与延寿360

10．2．1发动机定寿360

10．2．2发动机延寿361

10．3发动机的寿命评估362

10．3．1总述362

10．3．2寿命评估法363

10．3．3寿命评估的内容和程序364

10．3．4寿命评估的流程图366

10．4视情维修发动机的单元体结构367

10．4．1发动机的视情维修367

10．4．2视情维修与状态监视系统367

10．4．3视情维修与单元体结构368

10．4．4发动机单元体寿命368

10．5航空发动机的寿命管理369

10．5．1航空发动机寿命的行政管理369

10．5．2航空发动机寿命的技术管理374

参考文献380