航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命控制體系和壽命評(píng)定方法

(中國(guó)航發(fā)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，西安 710021)

1 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命與使用可靠性、安全性、性能及經(jīng)濟(jì)性緊密相關(guān)且相互影響，發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命研究是貫穿發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品全壽命周期的重要工作。在我國(guó)，由于現(xiàn)役各型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)制造、壽命控制體制不一，引進(jìn)、測(cè)仿型號(hào)原始設(shè)計(jì)技術(shù)資料缺乏，給發(fā)動(dòng)機(jī)壽命確定和控制管理帶來很大困難[1-3]。

國(guó)內(nèi)在發(fā)動(dòng)機(jī)壽命控制方面開展了大量的研究。如甘曉華[1]研究了常用發(fā)動(dòng)機(jī)定壽方法及現(xiàn)役發(fā)動(dòng)機(jī)定壽特點(diǎn)；王通北等[2]研究并提出了西方發(fā)動(dòng)機(jī)定壽考慮的主要因素及思路、關(guān)鍵件安全循環(huán)壽命確定方法；徐可君等[3-5]分析了單元體發(fā)動(dòng)機(jī)壽命控制和管理的基本要素和方法等。

國(guó)內(nèi)某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)為國(guó)外某型發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱原型機(jī))的國(guó)產(chǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱國(guó)產(chǎn)機(jī))。該原型機(jī)按“單元體翻修壽命和關(guān)鍵件安全循環(huán)壽命”控制發(fā)動(dòng)機(jī)使用，沒有給出發(fā)動(dòng)機(jī)總壽命控制指標(biāo)，與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命控制方法不同，給用戶的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命管理和修理帶來了困難，加之國(guó)產(chǎn)機(jī)的材料、工藝等與原型機(jī)的也不同，因此需要建立國(guó)產(chǎn)機(jī)的壽命控制指標(biāo)體系。國(guó)產(chǎn)機(jī)借鑒西方經(jīng)驗(yàn)、結(jié)合國(guó)情，建立了“整機(jī)壽命+大部件(即單元體)翻修壽命+A類件(盤軸類關(guān)鍵件)安全循環(huán)壽命”的壽命控制體系和“領(lǐng)先使用分階段綜合評(píng)估”的壽命評(píng)定方法，解決了該發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命控制問題。

本文結(jié)合國(guó)產(chǎn)機(jī)壽命研究及控制實(shí)踐，剖析了國(guó)產(chǎn)機(jī)壽命控制體系的核心思想和優(yōu)點(diǎn)，闡述了“領(lǐng)先使用分階段綜合評(píng)估”壽命評(píng)定方法的總體思路、定壽標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)途徑。以期通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)的總結(jié)，提升我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命控制管理水平，對(duì)其他型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)壽命研究提供參考。

2 國(guó)產(chǎn)機(jī)壽命控制管理體系

國(guó)產(chǎn)機(jī)以原型機(jī)壽命控制方法為基礎(chǔ)，建立了“整機(jī)壽命+大部件翻修壽命+A類件安全循環(huán)壽命”的壽命控制體系。該體系按照發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)、大部件、關(guān)鍵零件三個(gè)層級(jí)，針對(duì)失效后危害性不同的零部件，采用了不同的壽命控制和維修方法，精細(xì)、準(zhǔn)確，安全性、經(jīng)濟(jì)性好；結(jié)合國(guó)情增加“整機(jī)壽命”控制要素，降低了用戶管理的難度。具體如下：

(1)盤、軸等關(guān)鍵零件(即A類件)疲勞破裂失效可能會(huì)導(dǎo)致危害性大的非包容性安全事故，因此對(duì)每個(gè)A類件，通過疲勞壽命試驗(yàn)和使用評(píng)估，準(zhǔn)確確定安全循環(huán)壽命，使其失效概率極低，到壽立即更換，保證發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全。

(2)機(jī)匣、葉片等零件，因其具有包容性設(shè)計(jì)特點(diǎn)，一般不會(huì)產(chǎn)生影響安全的危險(xiǎn)性破壞，輕微損傷修復(fù)后可繼續(xù)使用；另外，導(dǎo)致其故障的因素很多(如疲勞、打傷等)，無法準(zhǔn)確定壽。因此，對(duì)于機(jī)匣、葉片等零件，采用大部件翻修壽命控制其使用和修理。通過使用評(píng)估分別確定各大部件壽命，到壽返廠對(duì)所裝機(jī)匣、葉片等零件進(jìn)行定時(shí)檢查、視情維修，保證發(fā)動(dòng)機(jī)使用的可靠性和修理的經(jīng)濟(jì)性。

(3)由于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)上采用整機(jī)壽命控制方法，且該方法操作簡(jiǎn)單，因此引入整機(jī)壽命控制的方法，用于用戶對(duì)外場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命控制。整機(jī)到翻修壽命(即某個(gè)大部件到壽)返廠，由承制廠或修理廠對(duì)到壽大部件和A類件進(jìn)行修理或更換[3]；使用到規(guī)定總壽命，發(fā)動(dòng)機(jī)退役。

3 國(guó)產(chǎn)機(jī)壽命評(píng)定方法

國(guó)產(chǎn)機(jī)整機(jī)、大部件、A類件三類壽命均有各自不同的壽命評(píng)定方法，以下重點(diǎn)介紹整機(jī)總壽命評(píng)定方法。

3.1 壽命評(píng)定總體思路和特點(diǎn)

(1)壽命評(píng)定考慮的主要因素

發(fā)動(dòng)機(jī)壽命對(duì)安全性、可靠性、性能及使用經(jīng)濟(jì)性有很大影響。壽命太長(zhǎng)，導(dǎo)致安全性、可靠性下降和性能惡化，影響用戶正常使用；壽命太短，提前報(bào)廢，會(huì)造成很大浪費(fèi)。因此，確定發(fā)動(dòng)機(jī)總壽命應(yīng)全面考慮安全性、可靠性、性能和經(jīng)濟(jì)性等因素[2]。

(2)壽命評(píng)定的技術(shù)途徑

國(guó)產(chǎn)機(jī)壽命長(zhǎng)，長(zhǎng)期試車成本高，且試車載荷譜難以準(zhǔn)確確定，不一定能真正達(dá)到考核目的。同時(shí)，其壽命控制分別由整機(jī)、大部件、A類件三個(gè)主體承擔(dān)。根據(jù)其設(shè)計(jì)特點(diǎn)，已通過大量零部件試驗(yàn)、A類件安全循環(huán)壽命控制等措施，識(shí)別并控制了主要安全風(fēng)險(xiǎn)。其余的可靠性問題，需通過使用逐步暴露；修理的經(jīng)濟(jì)性問題，需結(jié)合后續(xù)修理工作進(jìn)行評(píng)估。基于以上特點(diǎn)，國(guó)產(chǎn)機(jī)整機(jī)壽命采取“領(lǐng)先使用分階段綜合評(píng)估”的方法評(píng)定[6]，即在零部件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，主要通過先鋒批發(fā)動(dòng)機(jī)分階段領(lǐng)先使用、檢查評(píng)估、逐步放行，給出發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。

(3)壽命評(píng)定方法的特點(diǎn)

?全面考慮安全性、可靠性、性能和經(jīng)濟(jì)性等因素，以保證安全為底線，以達(dá)到可接受的可靠性和性能衰減程度為目標(biāo)，同時(shí)兼顧好的經(jīng)濟(jì)性。

?國(guó)產(chǎn)化研制及綜合治理過程中，對(duì)盤、軸、機(jī)匣和葉片類重要零件開展了大量的壽命、強(qiáng)度考核等試驗(yàn)，這些試驗(yàn)工作是保證安全、確定發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命的基礎(chǔ)。

?通過先鋒批發(fā)動(dòng)機(jī)(2～6 臺(tái))實(shí)際使用、分解檢查，暴露問題、積累經(jīng)驗(yàn)，解決試驗(yàn)、試車無法完全模擬實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)工況的問題。通過分階段評(píng)估、逐步放行控制領(lǐng)先使用風(fēng)險(xiǎn)。

?整個(gè)機(jī)群大量發(fā)動(dòng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的使用實(shí)踐和修理維護(hù)，使問題得到充分暴露，也為發(fā)動(dòng)機(jī)安全性、經(jīng)濟(jì)性等評(píng)估提供了豐富、真實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。

?形成了定壽的具體技術(shù)途徑、方法和標(biāo)準(zhǔn)，可操作性強(qiáng)。

3.2 評(píng)定基本方法

(1)通過對(duì)返廠發(fā)動(dòng)機(jī)的分解檢查、評(píng)估，對(duì)外場(chǎng)所有發(fā)動(dòng)機(jī)使用故障情況的統(tǒng)計(jì)、分析，確定是否有影響安全性的故障或隱患；計(jì)算平均故障間隔時(shí)間等可靠性指標(biāo)，分析各項(xiàng)指標(biāo)隨壽命的變化趨勢(shì)，評(píng)估繼續(xù)使用安全性、可靠性是否可以接受。

(2)統(tǒng)計(jì)不同壽命段發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減情況，確定其衰減程度是否可以接受。

(3)對(duì)不同壽命段的修理、換件、試車情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析修理、維護(hù)成本及變化規(guī)律，確定繼續(xù)修理是否經(jīng)濟(jì)可行。

(4)根據(jù)各階段返廠檢查、評(píng)估結(jié)果，綜合考慮安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、性能衰減等因素，結(jié)合A類件等零、附件壽命和大部件壽命，確定發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)總壽命。

4 可靠性分析方法

4.1 常用可靠性參數(shù)計(jì)算方法

常用的可靠性數(shù)據(jù)分析方法可分為非參數(shù)法和參數(shù)估計(jì)法兩大類[7]。

(1)非參數(shù)法(數(shù)學(xué)平均值法)

非參數(shù)法是不知母體的分布，直接用子樣統(tǒng)計(jì)量去估計(jì)母體的特征值。此方法適合大樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。平均故障間隔時(shí)間TBF計(jì)算式為：

式中：T為發(fā)動(dòng)機(jī)總工作時(shí)間，N為總故障數(shù)。

(2)參數(shù)估計(jì)法(威布爾分布)

參數(shù)估計(jì)法是根據(jù)已知子樣觀測(cè)值，先檢驗(yàn)這批數(shù)據(jù)來自何種母體分布，再用這些子樣觀測(cè)值估計(jì)母體的真值，對(duì)可靠性指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定。此方法適合小樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

威布爾分布運(yùn)用較為廣泛，其累積分布函數(shù)為：

式中：β，η，t0分別是威布爾分布的形狀參數(shù)、尺度參數(shù)和位置參數(shù)。

4.2 威布爾分布參數(shù)的估計(jì)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用到壽就返廠大修或終止使用，其數(shù)據(jù)包括故障數(shù)據(jù)和沒有發(fā)生故障到壽中止數(shù)據(jù)，可認(rèn)為是定時(shí)截尾的不完全數(shù)據(jù)。用子樣的累積分布概率進(jìn)行威布爾分布參數(shù)估計(jì)，主要計(jì)算過程如下：

(1)整理出各故障樣本、未發(fā)生故障中止使用樣本的工作時(shí)間。

(2)采用近似中位秩計(jì)算各故障的累積故障率F(ti)。

秩是指某故障時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的故障分布函數(shù)的值，中位秩即指置信度為50%的百分位秩。不完全壽命數(shù)據(jù)近似中位秩的計(jì)算公式為：

(3)概率分布擬合。

以樣本工作時(shí)間為自變量，以式(3)中計(jì)算的秩為因變量，估計(jì)母體分布參數(shù)(β，η，t0)，確定威布爾分布的概率密度函數(shù)。

(4)指標(biāo)評(píng)估。

已知分布參數(shù)的估計(jì)值β，η，t0，即可得到發(fā)動(dòng)機(jī)的各可靠性指標(biāo)：

式中：θ為平均壽命(即TBF的均值)，tR為可靠度為R時(shí)對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間。

通過式(4)可求出平均壽命。當(dāng)給定R=0.5 時(shí)，帶入式(5)可求出t0.5，即TBF的中值。

5 國(guó)產(chǎn)機(jī)壽命評(píng)定

5.1 發(fā)動(dòng)機(jī)總壽命評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)的建立

根據(jù)國(guó)內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命研究有關(guān)資料、標(biāo)準(zhǔn)，考慮到用戶的可接受程度等因素，建立了發(fā)動(dòng)機(jī)總壽命評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

(1)可靠性：發(fā)動(dòng)機(jī)在下一個(gè)放行壽命期的可靠性指標(biāo)應(yīng)滿足研制任務(wù)書要求，考慮到用戶可接受程度和可靠性指標(biāo)隨壽命的變化規(guī)律，確定可靠性指標(biāo)可接受值為任務(wù)書要求的成熟期目標(biāo)值的90%。

(2)安全性：參考英國(guó)Def Stan 00-970 11部-2006《飛機(jī)用設(shè)計(jì)和適航性要求，11 部—發(fā)動(dòng)機(jī)》等標(biāo)準(zhǔn)[2，8-9]關(guān)于安全性的要求，確定安全性標(biāo)準(zhǔn)(可接受風(fēng)險(xiǎn))為，危險(xiǎn)性故障發(fā)生概率不超過10-5次/h，重大故障發(fā)生概率不超過10-4次/h。

(3)性能：壽命期內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減應(yīng)滿足GJB 241A-2010《航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范》[10]相關(guān)要求，推力衰減量不超過5%，耗油率增加量不超過5%。

(4)修理經(jīng)濟(jì)性：參考國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)修理經(jīng)濟(jì)性要求[2]，考慮到目前國(guó)內(nèi)用戶發(fā)動(dòng)機(jī)新機(jī)采購(gòu)、修理及備件定價(jià)方法及與國(guó)外的差異，原則上發(fā)動(dòng)機(jī)大修費(fèi)用不應(yīng)超過新機(jī)采購(gòu)費(fèi)用的50%[11]。

(5)其他因素：發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)維護(hù)保障情況、壽命匹配情況等。

5.2 安全性和可靠性分析

安全性、可靠性是影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命最主要的兩個(gè)因素。由于有些故障在外場(chǎng)使用發(fā)生，有些結(jié)構(gòu)件損傷需發(fā)動(dòng)機(jī)返廠修理分解檢查才能發(fā)現(xiàn)，因此需對(duì)整個(gè)機(jī)群外場(chǎng)使用和廠內(nèi)修理故障信息進(jìn)行逐條梳理和統(tǒng)計(jì)分析。

5.2.1 安全性分析

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)使用過程中發(fā)生的數(shù)千起故障進(jìn)行故障模式、影響及危害性分析，并按危害性分為危險(xiǎn)性影響、重大影響和輕微影響三類故障。其中，危險(xiǎn)性影響故障為發(fā)動(dòng)機(jī)著火，重大影響故障為轉(zhuǎn)子葉片斷裂、主滑油泵抱軸、加力燃調(diào)殼體變色等。

根據(jù)機(jī)群外場(chǎng)使用時(shí)間和發(fā)生故障次數(shù)，分別計(jì)算危險(xiǎn)性故障、重大故障的故障率，且該故障率均在要求范圍之內(nèi)，安全性滿足相關(guān)規(guī)范和定壽標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5.2.2 可靠性分析

由于有大量使用故障數(shù)據(jù)，故首先采用數(shù)學(xué)平均值法，統(tǒng)計(jì)故障和使用時(shí)間等信息，以翻修期為單位，計(jì)算各翻修期內(nèi)的TBF。由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知：在首個(gè)翻修期內(nèi)，早期故障多，TBF較短；每個(gè)翻修期內(nèi)，大修后可靠性得到恢復(fù)(TBF增加)，但隨著使用時(shí)間的增加TBF又逐步下降。為消除大修對(duì)可靠性指標(biāo)的影響，以每個(gè)翻修期為單位分析TBF隨大修次數(shù)的變化規(guī)律，結(jié)果表明二次大修后TBF呈下降趨勢(shì)，具體見圖1。

圖1 平均故障間隔時(shí)間隨翻修間隔期變化的趨勢(shì)圖Fig.1 Trend chart of the mean time between failures with the overhaul interval

由于第四次大修后的長(zhǎng)壽命發(fā)動(dòng)機(jī)使用樣本少，故采用威布爾分布進(jìn)行擬合評(píng)估，分析這幾臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)各翻修期TBF的變化趨勢(shì)。首先，統(tǒng)計(jì)各翻修期內(nèi)的故障，計(jì)算故障間隔時(shí)間，到翻修壽命后沒有發(fā)生故障的按中止數(shù)據(jù)處理；其次，按4.2節(jié)方法，利用威布爾分析軟件，分別計(jì)算出各翻修期內(nèi)TBF的均值、中值。另外，按數(shù)學(xué)平均值法計(jì)算各翻修期內(nèi)的TBF，再參照此結(jié)果對(duì)參數(shù)法均值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正。各方法計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 不同翻修期的TBF計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculation results of the TBF value during different overhaul periods

兩種方法分析結(jié)果均表明：發(fā)動(dòng)機(jī)二次大修后，平均故障間隔時(shí)間隨著修理次數(shù)的增加逐漸下降，四次大修后的平均故障間隔時(shí)間低于任務(wù)書目標(biāo)值要求(120 h)，但仍滿足定壽標(biāo)準(zhǔn)(目標(biāo)值的90%)。預(yù)測(cè)五次大修后平均故障間隔時(shí)間無法滿足定壽標(biāo)準(zhǔn)和使用要求。

5.2.3 典型故障隨壽命變化趨勢(shì)分析

由統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)安全性目前基本滿足相關(guān)規(guī)范要求，但隨著使用時(shí)間和修理次數(shù)的增加，重要結(jié)構(gòu)件裂紋、性能衰減故障等呈上升趨勢(shì)，可能帶來一定的安全隱患，長(zhǎng)期使用風(fēng)險(xiǎn)加大。

(1)外場(chǎng)故障情況

外場(chǎng)表現(xiàn)為：葉片斷裂、加力作動(dòng)機(jī)匣焊縫裂紋、發(fā)動(dòng)機(jī)超溫、起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)等故障的故障率有明顯的增加趨勢(shì)，另外防喘調(diào)節(jié)器、壓比調(diào)節(jié)器、燃油壓差信號(hào)器等附件的故障率也呈上升趨勢(shì)。部分故障的故障率趨勢(shì)見圖2～圖4。

圖2 轉(zhuǎn)子葉片斷裂故障隨使用時(shí)間變化的趨勢(shì)圖Fig.2 Trend chart of rotor blade fracture failures with operation time

(2)修理發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)件損傷情況

對(duì)不同翻修期發(fā)動(dòng)機(jī)返廠修理發(fā)現(xiàn)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可知，典型結(jié)構(gòu)件損傷有進(jìn)氣機(jī)匣、中介機(jī)匣裂紋，壓氣機(jī)葉片腐蝕麻點(diǎn)、變形，導(dǎo)向葉片燒蝕裂紋等，重要結(jié)構(gòu)件的損傷發(fā)生率、裂紋長(zhǎng)度隨修理次數(shù)的增加呈上升趨勢(shì)。圖5示出了進(jìn)氣機(jī)匣裂紋損傷發(fā)生率變化趨勢(shì)。

圖3 加力作動(dòng)機(jī)匣電阻焊縫裂紋故障隨使用時(shí)間變化的趨勢(shì)圖Fig.3 Trend chart of the resistance welding crack of afterburner actuating casing failures with the operation time

圖4 起動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)故障隨使用時(shí)間變化的趨勢(shì)圖Fig.4 Trend chart of long start-up time failures with the operation time

5.3 性能衰減分析

性能衰減是指發(fā)動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)隨使用時(shí)間的增加而惡化。通過不同壽命發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠、返廠試車性能測(cè)試，明確了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能衰減情況及變化趨勢(shì)。

(1)第四次大修發(fā)動(dòng)機(jī)返廠性能衰減情況

圖5 進(jìn)氣機(jī)匣裂紋發(fā)生率隨翻修間隔期變化的趨勢(shì)圖Fig.5 Trend chart of crack failure of the inlet casing failures with the overhaul interval

選取10臺(tái)返廠第四次大修的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能復(fù)驗(yàn)，其性能衰減情況見表2。與新機(jī)出廠相比：返廠第四次大修發(fā)動(dòng)機(jī)的推力最大下降量為5.3%，略超過了GJB 241A-2010 的要求(≯5.0%)；耗油率最大上升量為2.37%。

表2 第四次大修發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減情況Table 2 Performance deterioration of the fourth overhaul engine

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減趨勢(shì)

分別選取不同翻修次數(shù)的35 臺(tái)次發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行性能復(fù)驗(yàn)，推力和耗油率隨外場(chǎng)使用時(shí)間的變化曲線分別見圖6、圖7。由圖可知：①隨著修理次數(shù)的增加，發(fā)動(dòng)機(jī)性能衰減速率逐漸加快。②預(yù)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)使用至第五次大修時(shí)，推力最大下降量為6.1%，超過了GJB 241A-2010 的要求(≯5.0%)；耗油率上升量為2.90%。

圖6 推力隨使用時(shí)間/修理次數(shù)的變化曲線Fig.6 Trend chart of the thrust with operation time/repairs time

圖7 耗油率隨使用時(shí)間/修理次數(shù)的變化曲線Fig.7 Trend chart of the fuel consumption rate with operation time/repairs time

5.4 修理問題及經(jīng)濟(jì)性分析

發(fā)動(dòng)機(jī)修理工作是恢復(fù)性能，消除、降低風(fēng)險(xiǎn)的重要環(huán)節(jié)，換件率、試車合格率是評(píng)估修理?yè)p傷和修理經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)。

發(fā)動(dòng)機(jī)盤、軸、葉片、機(jī)匣為影響使用安全且價(jià)值較高的重要零件。對(duì)重要零件歷次大修的總體換件率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體情況為：首次大修為9.8%，二次大修為11.91%，三次大修為12.38%，四次大修為14.74%。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間的增加，盤、軸、葉片、機(jī)匣等重要零件的平均換件率總體呈上升趨勢(shì)。其中，中介機(jī)匣、低壓渦輪機(jī)匣、加力作動(dòng)機(jī)匣報(bào)廢換件量較高，主要原因?yàn)榇髴?yīng)力區(qū)出現(xiàn)裂紋，焊接區(qū)補(bǔ)焊次數(shù)、裂紋長(zhǎng)度超標(biāo)無法修理等。葉片類零件常見問題主要有葉片裂紋、變形、磨損等，有些葉片超出修理標(biāo)準(zhǔn)報(bào)廢。

另外，隨著修理次數(shù)增加，附件故障增加，有些需更換新件；試車合格率下降，試車時(shí)間也增加。以上均會(huì)加大修理成本。

分析可知，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)間和修理次數(shù)的增加，零附件的損傷加重，修理難度加大，換件率明顯上升，試車合格率下降，修理費(fèi)用加大。預(yù)計(jì)第五次大修成本較前四次大修成本平均值提高35%，修理費(fèi)效比明顯降低。

5.5 領(lǐng)先使用發(fā)動(dòng)機(jī)分解檢查評(píng)估

分階段領(lǐng)先使用、返廠檢查評(píng)估是壽命研究中的最重要工作之一。通過領(lǐng)先使用發(fā)動(dòng)機(jī)的分解檢查、試車等工作，可評(píng)估損傷和性能衰減情況，為定壽提供依據(jù)。另外，通過試修理及對(duì)修理效果的評(píng)估，也可為后續(xù)到壽發(fā)動(dòng)機(jī)制定合理的修理方案。

在不同壽命階段，每次抽取2～6臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)返廠檢查，并結(jié)合外場(chǎng)機(jī)群使用情況等進(jìn)行綜合評(píng)估，逐步給出發(fā)動(dòng)機(jī)的放行使用壽命。

5.6 壽命匹配分析

確定總壽命時(shí)，必須考慮同27 項(xiàng)A 類件、渦輪葉片壽命及大部件壽命的匹配性，以保證整機(jī)到壽返廠對(duì)大部件進(jìn)行修理時(shí)，能夠?qū)Φ綁鄣腁 類件等零附件進(jìn)行更換。

通過整機(jī)壽命和大部件、零件壽命匹配性分析研究，給出具體壽命匹配方案，為確定總壽命提供參考。

5.7 綜合評(píng)估分析及結(jié)論

根據(jù)外場(chǎng)使用及廠內(nèi)修理數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)返廠檢查評(píng)估結(jié)果可知：四次大修后，發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性、安全性、性能衰減及修理經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)基本滿足定壽指標(biāo)要求；隨著翻修次數(shù)、使用時(shí)間的增加，可靠性降低，性能衰減程度加重，使用風(fēng)險(xiǎn)加大，修理難度越來越大，修理經(jīng)濟(jì)性變差，五次大修難以滿足定壽標(biāo)準(zhǔn)及使用要求。

綜合考慮安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、性能衰減等因素，結(jié)合A 類件、附件和大部件壽命的匹配情況，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)總壽命。長(zhǎng)時(shí)間使用實(shí)踐表明，解決了國(guó)產(chǎn)機(jī)的壽命控制問題。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過國(guó)產(chǎn)機(jī)全壽命周期的壽命研究，引進(jìn)了西方先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命控制管理理念，結(jié)合國(guó)情建立了以大部件翻修壽命及A類件安全循環(huán)壽命為核心的三級(jí)壽命控制體系，以及配套的發(fā)動(dòng)機(jī)壽命評(píng)定和修理方法。實(shí)踐表明，按照這套方法進(jìn)行國(guó)產(chǎn)機(jī)的壽命控制和管理非常成功，對(duì)影響安全的A 類件壽命重點(diǎn)監(jiān)控，及時(shí)更換；結(jié)合整機(jī)到壽返廠對(duì)到壽大部件大修，對(duì)其他大部件檢修，避免過度修理造成浪費(fèi)。截止目前，國(guó)產(chǎn)機(jī)沒有發(fā)生因壽命控制不當(dāng)導(dǎo)致的安全性問題，部分發(fā)動(dòng)機(jī)壽命后期雖然故障增多，但經(jīng)及時(shí)修理或到壽退役，風(fēng)險(xiǎn)得到有效管控，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

這套壽命控制體系、壽命評(píng)定及修理辦法，在保證安全性的基礎(chǔ)上，達(dá)到了可靠性、性能等指標(biāo)與使用經(jīng)濟(jì)性的均衡；充分體現(xiàn)了西方先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的精細(xì)、準(zhǔn)確、安全又經(jīng)濟(jì)的壽命控制管理和發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)理念，對(duì)提升我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)壽命研究技術(shù)和管理水平有重要意義，對(duì)其他發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命研究工作有一定的參考價(jià)值。