航空發動機吊具技術分析

滿達　王歆童　張海幸　劉超超

關鍵詞： 航空發動機吊具 吊具設計 吊具負載試驗 吊具使用及維護

中圖分類號： V262.4 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2024）01-0071-03

航空發動機吊具是航空領域中航空發動機與試車臺組裝拆卸過程中使用的專業設備。由于社會發展、科技進步和軍事儲備水平的提升，國內航空事業快速發展，各型號的飛機種類不斷擴大，航空發動機的型號和種類也在不斷增加，各試驗臺對發動機吊具的需求也日益劇增。

吊具設計應滿足被吊物吊裝要求，如質量要求、重心要求等，同時還應保證起吊工作的安全性和設計時應具備足夠的強度［1］。對于航空發動機吊具，還需開展出廠前必要的檢驗及負載試驗，確保航空發動機吊具工作的可靠性。

航空發動機吊具已成為航空發動機試驗中配套設備設計的關鍵技術之一。因此，發動機吊具的設計、檢驗、操作、維護以及保養就顯得格外重要。本文將從航空發動機吊具設計技術、負載試驗、吊具檢驗方法、使用及保養維護方法進行介紹。

1 航空發動機吊具設計技術

1.1 航空發動機吊具組成

根據航空發動機結構特點和吊具設計要求，為方便加工、安裝等工藝性，吊具通常采用模塊化設計。主要由主梁組合件、吊掛、絲杠傳動機構、吊繩吊點組件和其他附件組成，吊具結構如圖1 所示。

該型吊具具有以下優點：（1）采用連續調節式可調吊掛點，保證重心精確調節的需要；（2）采用組合式吊繩吊點結構，可以針對不同型號快速組合，并保留一定對未來新型號發動機的拓展能力；（3）具有良好的型號適應能力和經濟效益，可以推廣應用于試車臺、外場等，提高外場工裝通用性和維護便利性。

同時在設計航空發動機吊具時，還應充分考慮材料的力學性能，在結構設計上盡可能減少航空發動機吊具主承力結構部件數量，減少連接點，從而減少集中應力的發生。

1.2 航空發動機吊具關鍵部件設計

在設計航空發動機吊具時，根據不同種型號航空發動機質量、重心、前后吊點相對位置，到主安裝平面距離計算吊具跨距范圍及質心位置和發動機吊點形式，以確定吊具形式。

為滿足航空發動機吊點最大跨距長度的要求，同時具備較強承載能力，主梁組合件由槽鋼組合件及加強板焊接而成，其結構示意圖見圖2。為適應不同型號發動機吊點跨距要求，主梁兩端預留若干吊繩安裝孔，用以滿足不同跨距長度要求。

為精確調節吊具吊掛點位置，使其與航空發動機質心重合，吊掛位置應能實現無級可調。吊具采用絲杠傳動機構達到無級可調，吊掛可沿主梁自由連續移動，并可在任意位置固定，滿足航空發動機質心位置要求。吊掛結構如圖3 所示，吊掛設計支座結構，通過搖轉螺桿，驅動支座沿主梁方向運動。輪軸兩端安裝有滑動軸承，可減少移動過程中的摩擦阻力。

吊具在承載狀態時，螺桿將隨主梁產生輕微彈性變形，使螺桿卡死，容易損壞吊具。為避免此種情況的發生，在支座中心設計有一個帶螺紋孔的調節塊，與螺桿通過螺紋配合。調節塊在支座中可以上下自由移動。支座-螺紋調節塊結構如圖4 所示。

設計發動機吊具時還應考慮以下方面：（1）吊掛的連接應穩定牢靠；（2）吊掛接口的設計應不影響發動機與吊掛前后安裝節的正常連接；（3）吊具接口部件的尺寸精度要求須與發動機吊點匹配，避免吊具工裝安裝使用時對發動機吊點造成損傷。

1.3 航空發動機吊具結構強度校核

通過材料力學的計算方法和有限元建模分析方法，模擬發動機在吊裝過程中的邊界條件下，危險吊點的負載情況、約束情況等［2-5］。同時負載應考慮發動機本體的重量，并依據重心數據，從而將負載分配至各個吊點。

1.3.1 主梁結合件強度校核

吊裝工作狀態下，主梁組合件作為主要的承力梁結構，必須對其進行強度校核。由于負載發動機不同，吊具吊點位置根據其重心位置確定。主梁組合件截面示意圖如圖5 所示。

吊裝時，將主梁組合件簡化為一個吊具鉤掛連接件部分固定，兩側端點受力的懸臂梁。利用懸臂梁的理論計算公式計算其名義最大彎曲應力。

主梁組合件受力分析，主梁起吊時，吊具應保持緩慢、勻速、水平上升。根據垂直方向力平衡計算可得，吊繩吊點組合件兩端垂直方向起吊的合力應等于發動機重力，方向相反；根據吊具力矩平衡計算可得，吊繩吊點組合件兩端施加的彎矩相等，方向相反。

2 航空發動機吊具檢驗方法

對航空發動機吊具進行目視檢查，要求吊具不允許缺件，功能完整，標識清楚，各轉動部件轉動靈活，無卡滯現象。各連接部件的連接方向正確，連接件所用的螺栓、螺母、銷釘等應牢固可靠并鎖緊。吊具使用過程中應保證所有的裝配件、零部件不產生松動。

吊具所有焊縫均為連續焊縫，焊前除油、除銹，焊接后清除焊渣，焊縫修光、修平，進行X 光檢查，消除焊接應力并進行驗收。

絲杠、螺紋、調節機構、輪軸等活動部位，裝配時應涂潤滑脂或潤滑劑。一般用ZL7-2 潤滑脂或HL-20 機械油。

除卸扣和鋼絲繩外，其余零組件表面進行防銹處理。在裝配過程中，碰傷的漆層必須進行補涂。

3 航空發動機吊具負載試驗

吊具進行負載試驗是檢驗吊具是否存在變形、折斷等剛度、強度不足的必要試驗［6］。試驗載荷為200%額定載荷，靜載荷試驗的時間不少于3 min。試驗后結構件不應產生永久變形，對焊縫進行著色檢查，鋼絲繩不應產生斷股、斷絲等現象；接頭不應有松動；在卸載之后，吊具仍應具備所有的設計功能。負載試驗后提供試驗報告，試驗報告應提供足夠的數據，以便確認吊具與所規定的性能是否一致。試驗數據應包括試驗日期、時間、大氣條件以及與性能有關的數據。

4 航空發動機吊具的使用及保養維護方法

使用前檢查確認吊具的吊掛位置位于發動機重心位置。用吊車將吊具吊裝到發動機上，輕微點動升起吊車，使鋼絲繩承受一定預緊力，目視檢查吊起時吊具水平。若吊具向一端傾斜，應緩慢落下吊車，調整吊具的吊掛位置，直至升起吊車時，吊具處于水平狀態，此時吊掛位置與發動機重心位置重合。當發動機安裝到位并固定牢固后，才可從發動機吊點拆卸吊具。吊具在使用過程中，嚴禁在吊運發動機狀態下調整吊掛位置。

發動機吊具保養一般需要涂抹潤滑油或油脂。鋼絲繩要涂抹潤滑油，特別是鋼絲繩的彎曲處，要定期用油脂潤滑減速器、滾珠絲杠、軸承。吊具須存儲在專門位置，并擺放整齊。

每次使用之前檢查各螺母是否松動，吊梁是否變形。定期對主要的承力銷軸進行無損探傷檢查，不允許有變形、裂紋、螺紋倒牙、脫扣等情形。對于存在焊接結構的工裝，不允許焊縫出現裂紋、缺損、掉渣等情況。

5 結語

通過對航空發動機吊具的技術研究，總結了發動機吊具設計技術、結構強度校核、驗證技術、實施要求、使用及保養維護方法等方面，為相關設計和驗證工作提供參考，對后期開展航空發動機吊具設計及應用提供了參考和技術積累，具有重要的指導意義。