某发动机外部管路振动应力测试研究

刘 涛 张荫鳌 田金光 董 妍

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 概述

发动机外部导管是发动机输送燃油、滑油的主要途径，是航空发动机的重要零件，振动因素是发动机导管及导管支架断裂的主要原因。由于管路系统工作环境温度经常变化而且载荷相当复杂，管路的使用寿命与管路所承受的振动应力、装配引起的初始应力及焊接、装配过程造成的损伤程度等诸多因素密切相关，每次测试时发动机整机振动值也不相同，这些因素会造成同一导管不同台次测量时，应力、振频、共振转速等有一定的差别。因此，发动机生产定型前必须进行导管振动应力测试试验，以保证其工作可靠性。

在试验过程中，对原型导管提出三种改进方案，对原型导管及改型导管分别进行动应力测试，将测试结果进行对比，以获得最佳的改进方案。三种方案分别为：

1）将原型导管由“U”改成“Ω”，作为1#导管；

2）将原“U”型导管上测压接头取消，作为2#导管；

3）将原“U”型导管上的所有零件材料改为GH536，作为3#导管。

2 试验方法

2.1 测试前准备及贴片

常用的应变片有常温、中温和高温三种。我们采用的是常温应变片，型号：BE120-3AA，电阻值 :119.9±0.1(Ω),灵敏度系数：2.15±1%。

应变片是传递试件的微小变形的敏感元件，因此其粘贴工作，是整个试验中最重要环节，应变片处理的好坏直接影响测试结果。在应变片粘贴前，需要对导管的贴片部位进行打磨，用酒精、丙酮擦拭，以保持粘贴部位的清洁。应变片粘贴后需要进行加压、加温固化处理，将处理后的应变片进行导线焊接，并按照三线制方式进行引线。对于管路系统来说，应变片一般都粘贴在管路两端和中间部位的管接头焊缝处，应变片的丝栅方向沿管路轴向，为保证测试到管路的最大动应力，在每个测试截面粘贴两个应变片，两个应变片沿圆周方向相差90°，截面振动应力为两个应变片测量值的合力。

2.2 电阻应变计的工作原理

将电阻应变计安装在被测构件表面上，构件受力而变形时，电阻应变计的敏感栅随之产生相同应变，其电阻值发生变化，用仪器测量此电阻变化即可测量出构件表面沿敏感栅轴线方向的应变。因此电阻应变计的主要性能与敏感栅有关，取敏感栅材料金属细丝，研究其把应变转换成电阻的关系。

金属细丝的电阻与丝长成正比，而与其截面积成反比，电阻相对变化与应变成一定比例，电阻应变计就是利用应变－电阻效应效应制成。

2.3 三线法连接

在非常温条件下应变测量时，导线电阻受温度变化的影响产生热输出，许多场合下很难准确模拟出导线所要经历的温度变化状态，采用导线的三线连接方法来消除导线热输出的影响。在每个应变计引线上接出三根尺寸、长度和材料相同的导线，由于工作臂和补偿臂中的导线电阻相等，并处于同样的温度变化状态中，所产生的电阻变化能够互相抵消，起到温度补偿作用。在批产发动机的导管动应力试验中，由于试车台内温度变化较大，因此也采用了三线法连接导线。

2.4 测试方法

在工程实际中，通常采用电阻应变计来测量导管在工作过程中产生的应变，从而确定其应力的大小。振动应力测量一般采用电测法，即将粘贴应变计的被测导管安装在发动机上，再将应变计的引线通过屏蔽导线连接到动态应变仪上，通过动态应变仪对采集信号放大调理，再将调理后的数据信号传输到数据采集前端进行采集，通过FFT变换进行数据计算与分析。

粘贴在被测零件上的电阻应变计感受零件振动变形，产生电阻变化，电阻变化引起电路输出电压变化。通过胡克定律计算振动应力值，而应变量与输出电压成线性关系，通过测量输出电压变化间接测量出零件振动应力值。由于测试时主应力方向不明确，应将两点的应力值按进行合成应力计算。如果同一转速下有两个或两个以上激振频率的振动应力，则对各应力值求均方根值。

3 测试试验

将导管在发动机上安装固定，整个管路动应力测试试验按专用试车程序进行。先将原型导管安装在发动机上，然后再依次换上1#、2#和3#分别进行测试，整个试验共开车四次。试验结果见表1。

表1 导管动应力测试试验数据

4 结论

（1）整个试车过程中，应变片都完好无损，信号正常，采集数据稳定。

（2）原型导管振动应力值达54.9 Mpa，而1#导管的振动应力值是20 Mpa，2#导管的振动应力值达74.3 Mpa，3#导管在的振动应力值达57.5 Mpa。

（3）从整个试验对比结果来看，1#导管的振动应力值最小，即将导管由“U”形改成“Ω”形的方案效果最好。

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