航空發動機中釆用死腔結構帶來重大故障問題 陳光談航發295
陳光/文
在航空發動機的零配件中，螺母在一般設備中是實用的、非常簡單的聯接件，但在發動機馬達轉子結構設計方案中，就算釆取非常舉措，不能釆用長螺母來聯接。
因為長螺母很難作到螺母的中心站線與被聯接件的外圓成90°相交，如圖111.圖所示，這就使得螺母頭與聯接件間有顆夾角，在大的旋緊經典之作用下，螺母頭的一蛋會嵌入到聯接件中，兩者的材質會熔融在一起而無法分解。
AL-31F發動機中，風扇馬達轉子與低壓泄壓閥馬達轉子的聯軸器為每套複雜的結構，參見下圖。其韻達太短螺母3將兩個馬達轉子軸向聯接在一起。此長螺母為一實心封頭結構，如前所述，分解此螺母又是最難的。
發動機中釆用死腔結構帶來重點故障。發動機結構設計方案中，除特殊情形比如説真空膜盒等外，一般不能製成死腔或封閉空間腔。發動機工作時，各組件温度都會升高，依照PV=Rt（P為工作壓力，V為體積，R為常數，t為温度）公式可以看出，死腔的體積不想變，當發動機温度升高後，死腔中的工作壓力會升高。
圖、AL-31F中壓馬達轉子聯軸器
升高的工作壓力對腔壁會施加一兩個力，發動機臨時停車後此力也就消失了。發動機長期工作後，死腔的腔壁材質會造成低循環疲勞，材質抗壓強度大大減低，在其他基本要素作用下，腔壁破裂，會致使重點故障。
STALAVAL壓氣機馬達轉子運用長螺母聯接引發馬達轉子無法分解
上世經60時代，我囯為國防動員需用，急需地面管道煤氣泄壓閥驅動安裝的發電設備，但是那時候英、美、法等國均執行對蘇、中檔共產黨國家從嚴的某些物資制裁伊朗標準，地面管道煤氣輪機即是制裁伊朗的一項，最終不得不從豪無研製地面燃氣輪機經驗的瑞典，買到每套由STALAVAL公司研製的1.5萬kW的機組，那就是該公司研製的第3套類產品，自引入後，在芬蘭人調試步驟中，出現了每項故障，其中包括壓氣機馬達轉子無法分解的問題。
圖111.長螺母與被聯接件不成直角相交
STALAVAL壓氣機馬達轉子由12級輪盤與相關聯的鼓環根據中心站的長螺母聯接成三合一，為了保證工作中輪盤與鼓環間有結實的聯接，需經長螺母施加極大的軸向力，因此，長螺母製成直經好大的實心結構。
裝配馬達轉子時，先用長螺母將派出機關輪盤與鼓環不太使勁兒地聯接成三合一，並且將電電熱棒插入螺母中心站孔中，通電後使電熱棒升温，長螺母遇熱後彎曲，彎曲到規定值後，將長螺母擰到12級輪盤的短軸中，斷電後長螺母伸縮，加強所需的旋緊力。
圖15、STALAVAL壓氣機馬達轉子結構圖
芬蘭人在調試步驟中孫多次分解壓氣機馬達轉子，但是無法將長螺母擰出。那就是因為長螺母頭頂部與馬達轉子前短軸碰觸處不是進一步碰觸，施加的軸向力僅作用在減少的位子上，引發碰觸處兩零部件間的材質熔融在一起而無法擰動，最後只得釆用數控加工的方法將螺母頭切削掉，才將壓氣機馬達轉子分解掉。
圖17、高壓壓氣機軸內的隔熱套筒
D30-KU-1511.動機死腔破裂引發11.低壓泄壓閥非體諒馬達轉子爆破故障。圖-1511.機用的D30-KU-1511.動機中，在高壓壓氣機軸內裝有顆鈦合金制的隔熱套筒（圖17），隔熱套筒與低壓傳動軸間有5mm徑向間隙，間隙中為滑油腔。隔熱套筒兩端均裝有封嚴膠圈，使高壓壓氣機軸與隔熱套筒間行成了一死腔。
圖18、低壓傳動軸開裂
在發動機工作11.82h, 211.7循環後，隔熱套筒在反覆加壓、卸壓作用下低循環疲勞，材質抗壓強度大大減低。別的，因為封嚴封膠圈老化，滑油漏入高壓壓氣機軸與隔熱套筒行成的環腔中，滑油自燃使腔壓突增，引發隔熱套筒在外壓作用下失穩向內形變行成一兩個塌陷處，塌陷處的最尖處與低壓傳動軸相碰觸，在相對性轉數5700轉/min作用下，將低壓傳動軸磨出割槽後而開裂（圖18）。
低壓傳動軸開裂後，11.低壓泄壓閥失去了負荷馬達轉子飛轉，在極大的離心經典之作用下馬達轉子炸裂，炸裂行成的斷塊擊穿機匣滾落髮動機，幸好出故障的發動機位於直升機主輪處，滾落的斷塊未對直升機機體結構引發挫傷，否則其不良影響先因。
5.鎖緊葉片的鎖帽抗壓強度不夠引發發動機重點故障
風扇、壓氣機與泄壓閥工作葉片裝到輪盤右端，需用鎖帽將葉片槽向放置在裝葉片的榫槽中，防止葉片沿槽向滑出榫槽。鎖帽雖小，但它承受的負荷多且變化，如果不認真設計方案，會在工作中開裂，引發葉片從輪盤中滾落，比較嚴重時滾落的葉片會擊穿機匣，對發動機結構或直升機結構引發二次挫傷。
F101風扇葉片鎖緊卡簧開裂使B-1B在海灣戰爭中進一步停飛。F101發動機為B-1B轟炸機所用的發動機，其第1級風扇葉片是用一兩個卡簧將各種葉片鎖緊在輪盤上的，如圖19如圖所示。
發動機工作一段時間後，風扇葉片被吸食的狗瘟料石沖刷磨蝕，葉型略有變化因此更改了葉片的自然振動頻段，在97%的風扇最大轉數下葉片出現共震，振動應力好大。如果葉片存在一點缺陷，就會使葉片開裂，致使馬達轉子的平衡被破壞，風扇馬達轉子就會造成高頻振動，引發卡簧開裂，使葉片從輪盤上滾落，結果致使發動機着火。
1990年10月初，一架B-1B轟炸機剛飛往1800m角度時，１號發動機鎖緊風扇葉片的卡簧突然開裂，使全部風扇葉片滾落，致使發動機着火，直升機緊急着陸。2周後又一架直升機因為同樣原因，8片風扇葉片滾落髮動機，並致使發動機着火，因此美軍下令全部97架B-1B停飛以故障檢測。
1991年1月17日海灣戰爭爆發，加拿大襲擊了各種在役的偵察機，可是B-1B正科級於停飛排故期而未能參戰。自1986年６月29日第１架B-1B進入美軍服役到1990年底，發動機累積上班時間大於10央視主持人曹時，曾出現６次葉片甩離事件。
為故障檢測，將本來由不鏽鋼材質製造的薄厚為1.6 mm的卡簧，改用鎳基合金製造，薄厚加大到3.68 mm，以增多卡簧的抗壓強度。別的，在風扇葉片根處加裝避振塊，以減低風扇葉片的振動應力（可減低1/3）。上世經90時代後期，GE公司還運用機光衝擊強化（LSP）對風扇葉片進行強化處理，以加強葉片的疲勞抗壓強度。
圖19、風扇葉片用卡簧鎖緊在輪盤上
渦扇156發動機鎖緊葉片的鎖帽開裂致使路試間着火
渦扇156發動機是東北地區自行研製的軍用小涵道比泄壓閥風扇發動機，在上世經60時代後期一回調節路試步驟中，因為壓氣機葉片鎖帽抗壓強度不夠而開裂，引發一片葉片甩離輪盤並擊穿機匣，斷片搞壞路試間的燃油導管，引發路試間着火。